为了满足高功率微波系统对微波输出窗高功率容量和紧凑化的应用需求，以传统盒型窗的设计理论为基础，通过优化窗体结构和添加过渡段等手段，设计了一种C波段小型化高功率微波输出窗。通过增大窗体表面积、改变矩形波导-圆波导过渡段的连接方式可提高功率容量并缩小微波输出窗的纵向尺寸；采用“I”型的窗体结构可有效抑制三相点（真空-介质-金属）附近的次级电子倍增效应对输出窗性能的影响。在电磁仿真的基础上采用粒子模拟（Particle-in-Cell）的方法研究了微波输出窗三相点附近的次级电子倍增效应，从微观角度进一步证实了“I”型窗体结构可使三相点位置发生移动，减小三相点发射的电子在窗片表面产生次级电子倍增效应的概率，降低微波输出窗的击穿风险。设计结果表明，微波输出窗在中心频点处的主模反射系数低于0.01，传输效率高于99.9%，功率容量可达47.9 MW。

为获得高增益的电子轰击型有源传感器（EBAPS），对EBAPS成像器件中电子倍增层的电荷收集效率的影响因素进行了研究。基于载流子输运理论，采用蒙特卡罗方法研究了钝化层种类、厚度、入射电子能量、P型基底厚度和掺杂浓度对二次电子分布及收集的影响。结果表明：为提高入射电子的入射深度进而提高电荷收集效率，宜采用密度小的SiO₂作为钝化层；为了减少钝化层对倍增电子的复合进而提高电荷收集效率，宜降低钝化层厚度和提高入射电子能量；为了降低倍增电子扩散过程中载流子的复合进而提高电荷收集效率，宜降低P型基底的厚度和掺杂浓度。

本文设计制作了一款阵列规模为 1024×1024元、像元尺寸为 10 .m×10 .m的昼夜兼容成像 EMCCD(electron multiplying charge coupled device), 该器件包含国内首次制作的浮置栅放大器, 该放大器电荷转换因子(Charge to voltage factor, CVF)为 3.57 .V/e－, 满阱 55ke－, 能够非破坏性判断信号强度。该功能使得场景中微光照区域的像素可以选择性地路由至倍增通道输出, 而强光照区域的像素会路由至非倍增通道输出, 有了这种场景内可切换增益特性, 两种输出的信号重新组合, 实现高动态成像。同时为了实现器件在强光应用场合的抗光晕功能, 器件像元区域采用了纵向抗晕设计, 抗晕倍数为 200倍, 基于此类器件制作的相机能够恰当地在暗视场中呈现明亮的图像。

介绍了一种自主研制的新型电荷灵敏型三级放大器，其电路设计主要采用 ADA4817高速低噪声集成运算放大芯片，该三级放大器噪声低、稳定性好、电路结构简单、性价比高、检修更换方便，可以不失真地放大上升时间在 ns级的信号，放大器输出信号质量优异，可配合后续的多道分析器 MCA8000D读取微通道板（ microchannel plate，MCP）组件或单通道电子倍增器（ single-channel electron multiplier，CEM）的单光电子谱，测试结果表明：自主设计的 ADA4817型放大器在一定的方波标定脉冲信号下，其基线的宽度小于 2 mV，上升沿时间约为 800 ns，幅值约为 40 mV，性能接近或略优于 A250型放大器，可以更好地配合后续的多道分析器 MCA8000D进行输出波形的分析和处理，完全满足 MCP或 CEM探测器的脉冲性能测试需求。

真空电子器件在毫米波和太赫兹波频段具有大功率的天然优势，可用于构建高效率、大功率的毫米波和太赫兹辐射源，对高功率微波技术及太赫兹技术的发展具有十分重要的意义。输出窗是真空电子器件的关键部件，输出窗击穿是器件失效的主要原因之一，而次级电子倍增效应被认为是输出窗击穿的主要原因。本文梳理了目前分米波及厘米波波段真空电子器件输出窗的研究现状，在此基础上梳理了这一领域未来研究的主要发展方向，以期为未来真空电子器件向更高功率和更高频率等级发展提供参考。