通过掺杂Rb有助于改善碱锑化合物光电阴极的光谱响应并降低热发射。为了从理论上研究K-Cs-Sb光电阴极材料中掺Rb的作用机理，采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，分别建立了K₂CsSb、K₂Cs_0.75Rb_0.25Sb、K₂Cs_0.5Rb_0.5Sb、K₂Cs_0.25Rb_0.75Sb、K₂RbSb 5种不同Cs/Rb比例（原子数分数之比）的K-Cs-Rb-Sb体模型以及相应的（111）表面模型，计算了其电子结构与光学性质。计算结果表明，对于不同Cs/Rb比例的K-Cs-Rb-Sb体模型，Rb掺杂对其光学性质的影响甚微。随着Rb/Cs比例的增加，体模型的形成能和形成焓以及表面模型的表面能变低，说明K-Cs-Rb-Sb化合物容易形成且稳定。此外，与传统的K₂CsSb相比，K₂Cs_0.25Rb_0.75Sb的功函数更大，电导率更大，同时又具有最小的禁带宽度和离化能，因此，Cs/Rb比例为1∶3的K-Cs-Rb-Sb阴极适合作为量子效率高、暗电流低且导电性好的光电发射材料。

高温光电倍增管是石油测井的关键器件，介绍了两种制备高温Na-K-Sb光电阴极的工艺，并比较了制备工艺对光电倍增管性能的影响。从测试结果可以看出，同蒸工艺制备的光电倍增管具有更高的量子效率、阴极积分灵敏度、能量分辨率以及更优异的坪特性，通过分析光谱响应曲线和高低温曲线可以得到性能提升的根本原因，即同蒸工艺制备的光电阴极的光电发射能力更强、热电子发射能力更弱，借助微观形貌表征分析得出同蒸工艺制备的光电阴极厚度更均匀、膜层更致密平滑、均匀性更好。针对高温光电倍增管的实际应用场景，测试评估高温光电倍增管的高温性能，并与国外同类产品性能进行对比。

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了K-Cs反位、K-Sb反位、Cs-Sb反位对K-Cs-Sb阴极电子结构和光学性质的影响,对不同缺陷模型的能带结构、态密度、形成能等电子结构性质,以及折射率、消光系数、吸收系数等光学性质进行了分析。电子结构性质计算结果表明,Sb被过剩碱金属占据的K-Cs-Sb反位缺陷模型具有间接带隙结构,且呈现n型半导体性质,而K-Cs反位缺陷体系以及碱金属被过剩Sb占据的K-Cs-Sb反位缺陷模型均呈现p型半导体性质。与其他反位缺陷模型相比,K₂Cs_0.75Sb_1.25更容易形成且更稳定。光学性质计算结果表明,碱金属过剩会造成吸收系数峰值往低能端偏移,而Sb金属过剩则相反。在中微子与闪烁体作用辐射的能量范围内(即2.4~3.2 eV),K₂Cs_0.75Sb_1.25的吸收系数最大,折射率最小,相比传统K₂CsSb更适合作为光电发射材料。

“日盲”紫外光电倍增管是紫外光通信和核辐射探测的关键器件，具有高辐射灵敏度、高增益、高分辨率、低噪声等特点。因此，紫外光电倍增管一直是国内外真空器件的重要研究领域。本文从结构设计、阴极制备、微通道板和整管封接 4方面介绍了北方夜视研制的“日盲”紫外光电倍增管。采用的是 MgF2光窗上蒸镀有效面积为.18 mm的 Cs2Te光电阴极，通过增透技术使得 250 nm处的辐射灵敏度从 22 mA/W提高到 26.5 mA/W；利用电子光学仿真得到信号上升时间小于 500 ps，TTS优于0.1ns的结构；采用结构优化和原子沉积技术使得微通道板增益达到 5×106；采用玻璃 /Cr/Cu/Ag多层金属薄膜热铟封接技术，可将整管铟封合格率提升至 97%。

紫外光电倍增管是紫外告警系统和紫外光通信的关键探测器件，紫外微通道板型光电倍增管具有高灵敏度、高增益、高分辨率、低噪声等特点，且体积小、耐冲击与振动，但国内紫外光电倍增管起步较晚，产品技术性能薄弱，故紫外微通道板型光电倍增管的研制及性能研究迫在眉睫。本文中的紫外微通道板型光电倍增管采用端窗式结构、MgF2 材料作为光窗、Cs2Te 阴极作为光电转换阴极，可实现200 nm～300 nm“日盲”紫外波段的探测，倍增极使用高增益双通道板叠加结构，在电压较低的情况下可以实现约5×106 倍增能力，从而提高了紫外光电倍增管的单光子探测能力。文中简要介绍了紫外光电倍增管的应用以及同种管型国内外的发展现状，研究紫外光电倍增管的测试方法，对自主研发的光电倍增管进行了性能评估和数据分析。结果表明，紫外微通道板型光电倍增管阴极辐射灵敏度较高，同时对单光子具有较好的响应，相对国外同类型的产品，具有高增益、高峰谷比、高分辨率等优点。

为了提升微通道板型光电倍增管（ MCP-PMT）能量分辨率，研究不同分压比对能量分辨率的影响，通过分析光电子从入射到倍增的过程，研究影响 MCP-PMT能量分辨率的因素。通过调节光电倍增管（ PMT）聚焦极电压、两片通道板分压以及通道板间隙电压解决了增益动态范围小、能量分辨率差的问题。实验结果表明，减小聚焦极电压可提高分辨率但收集效率会降低，提高 MCP2电压后分辨率略有降低同时动态范围大幅提高，通道板间加反向电压可显著提升能量分辨率。根据实验结果，设计了一种 MCP1与 MCP2分压比 1:1.6、通道板间隙加－35 V反向电压的分压器，将其应用于 50只样管，并对样管进行测试，其平均能量分辨率从 44减小到 33，有效地改善了微通道板型光电倍增管的能量分辨率。

为了探索高性能 K2SbCs光电阴极的特征结构, 对光电阴极量子效率公式进行了推导, 并利用推导出的公式对 K2SbCs光电阴极量子效率(≈30%)曲线进行拟合, 得到拟合相对误差较小结构参数。另外, 根据拟合结果分析了对光谱响应造成影响的因素, 包括阴极厚度、光电逸出深度、阴极结构参量、光谱响应截止波长等。探索了该光电阴极结构参数范围, 据此分析并设计高性能透射式 K2CsSb光电阴极。

针对中微子和宇宙射线探测用的大尺寸K₂CsSb 光电阴极，本文首先利用光学导纳矩阵法，推导了适用于多层膜的K₂CsSb 光电阴极理论模型。通过该模型对K₂CsSb 光电阴极生长提出了增透层蒸镀、底K 蒸镀、K/Sb 同蒸、进Cs 蒸镀4 个阶段的制备方法，在对各个阶段的反射率变化进行的理论仿真后，发现K₂CsSb 厚度远低于KSb 厚度，整个阴极结构应该为K₂CsSb/K₃Sb/增透层/玻璃的4 层结构；仿真计算结果表明，利用该制备方法获得的K₂CsSb 光电阴极厚度约为40 nm。实验中，由于K 与Sb 同时蒸镀时采用了不同的蒸镀比例会导致截然不同的反射率曲线走势，从而影响到K₂CsSb 的量子效率差异。

针对高能物理、核物理等国家大科学装置对核心探测器件的需求, 研究不同于金属打拿极型倍增系统的大尺寸微通道板型光电倍增管。该光电倍增管最主要的特点是具有20 in(1 in=2.54 cm)的低本底玻壳和微通道板型倍增极结构, 使用Sb-K-Cs阴极作为光电转换阴极, 该阴极对350~450 nm波段光子的量子效率高, 倍增极采用两片微通道板, 在电压比较低的情况下可实现107的倍增能力, 从而提高了光电倍增管的探测效率和单光子探测能力。与传统的金属打拿极型光电倍增管相比, 20 in微通道板型光电倍增管是一种全新的产品结构, 具有单光子峰谷比高、本底低、响应时间快、后脉冲比例小等特点。