金刚石放大光阴极(DAP)方案可以产生高流强、低发射度的高亮度电子束,很有希望应用在一些先进的加速器装置上,比如超高功率自由电子激光、能量回收直线加速器光源以及电子冷却强子对撞机等。DAP方案最早由美国Brookhaven实验室的Ben-Zvi等人提出,并经过了一系列的理论模拟和实验验证——实验观测到二次电子传输增益超过200,发射增益最高达到178。DAP的关键组件是一个高纯单晶CVD金刚石膜窗,膜厚约30μm,膜的两面分别需要金属化和氢化处理,其中氢化处理可使表面具有负电子亲和势(NEA),从而具有较大的电子发射概率。从功能上讲,金刚石膜窗可看成电子束的中间放大发射体。由常规光阴极产生的初级电子束,经10kV直流高压加速后,穿过金属镀层进入金刚石膜中,在不到11μm厚的近表面区域里进行碰撞电离,产生两个量级的倍增放大的二次电子。放大的二次电子在外场的作用下,输运至NEA面,然后发射至真空,从而产生放大的次级电子束。本论文着重对金刚石膜窗中的二次电子特性进行理论、模拟研究,以及进行传输模式的实验验证。论文内容主要包括四个部分:对二次电子倍增过程的蒙卡模拟研究、输运过程的数值模拟研究、发射过程的理论和已有实验结果的总结介绍、以及传输模式二次电子放大的实验验证。论文第一部分详细介绍了二次电子倍增过程的蒙卡模拟方法和计算结果。本文自编三维蒙卡程序模拟了二次电子的倍增过程,定量分析了四种镀层金属对初次电子造成的能损,初次电子的射程,二次电子空间分布、倍增产额,并拟合得到了二次电子沿程分布函数。论文第二部分数值模拟了二次电子的输运过程。推导了电子、空穴的扩散漂移方程以及泊松方程,并实现了数值计算方法,定量分析了电子、空穴对不同初始电子束、外加场的响应情况。论文第三部分主要是对二次电子发射过程涉及的一些理论知识和已有的实验结果进行总结性介绍。这部分内容有助于指导今后的金刚石放大二次电子发射实验。论文的第四部分介绍了相关实验工作。我们搭建了二次电子放大传输模式实验平台,设计并完善了样品支架,对电子级多晶金刚石的二次电子传输增益进行研究。部分结果表明,对于10keV初始电子束,观测到的最高增益超过了500。