本文围绕变掺杂GaAs光电阴极的量子效率理论、材料结构设计与生长、制备工艺评估和阴极性能评估等方面开展了系统研究。　　 针对原有反射式和透射式阴极量子效率公式存在的局限性，根据目前反射式和透射式GaAs光电阴极的结构，通过求解一维连续性方程，分别推导了包含GaAs衬底层产生光电子项的反射式指数掺杂GaAs光电阴极量子效率公式，以及包含GaAlAs窗口层产生光电子项的透射式指数掺杂GaAs光电阴极量子效率公式，为更加准确地拟合阴极量子效率曲线和评估阴极性能参量提供了有效的分析手段。　　 鉴于能带工程在变掺杂阴极结构设计中的应用，探索设计了不同内建电场类型的指数掺杂结构，讨论了不同变掺杂结构的发射层能带结构。推导了后界面电子势垒计算公式，分析了后界面能带结构的影响因素。为了研究GaAlAs缓冲层和不同变掺杂结构对反射式阴极光电发射性能的影响，设计了具有GaAlAs缓冲层的多种变掺杂结构的反射式GaAs光电阴极结构。为了验证变掺杂结构在透射式GaAs光电阴极应用上的效果，设计了多种变掺杂结构的透射式GaAs光电阴极结构。通过电化学C-V和X射线衍射测试阴极材料质量，验证了MBE和MOCVD生长高质量变掺杂GaAs光电阴极材料的可行性。　　 考虑到加热工艺对变掺杂结构的影响，利用电化学C-V测试研究了高温加热前后透射式变掺杂GaAs光电阴极中载流子分布变化情况，发现高温加热工艺没有破坏载流子的台阶分布，验证了变掺杂结构设计的实用性。针对激活过程中变掺杂和均匀掺杂GaAs光电阴极光电流变化的不同，利用不同激活阶段的光电流峰值比求解表面势垒参数，发现了变掺杂阴极和均匀掺杂阴极在各激活阶段表面势垒结构的不同。利用在线光谱响应测试研究了制备工艺对透射式变掺杂GaAs光电阴极光电发射性能的影响，说明了表面势垒结构变化与光谱响应变化之间的关联。　　 由于不同的外延生长方式和掺杂结构都会影响阴极的光电发射性能，开展了MBE和MOCVD生长的具有GaAlAs缓冲层的多种掺杂结构的反射式变掺杂GaAs光电阴极的实验研究，验证了GaAlAs缓冲层和指数掺杂结构对反射式阴极长波响应的提高作用。另外，对MBE和MOCVD生长的透射式变掺杂GaAs光电阴极进行了制备实验，验证了变掺杂结构对三代微光像增强器灵敏度的提高作用，提出了实现高灵敏度宽光谱响应特征的有效方法。通过对拟合量子效率曲线得到的性能参量比较发现，MOCVD生长的阴极性能参量好于MBE生长的阴极，MOCVD生长的反射式和透射式变掺杂阴极的积分灵敏度更高，分别达到了3516μA/lm和2022μA/lm。　　 本文研究工作进一步发展了变掺杂GaAs光电阴极的相关理论和技术，这对推动我国微光夜视技术水平的发展具有促进意义。