光阴极微波电子枪是为电子加速器提供电子源的一个常用装置。加速器装置粒子束流运行的参数和稳定性依赖于电子源的性能。对于绝大多数的电子加速器装置来说，产生高品质电子束流是一个重要的核心任务。光阴极微波电子枪相对于其他电子枪来说，具有高的加速梯度，以及提供高品质束流。目前国内外大部分自由电子激光以及最新的超快电子衍射和超快电子显微镜装置上的电子枪都是光阴极微波电子枪。本文介绍的光阴极微波电子枪属于BNL/KEK/SHI型1.6cell电子枪。采用了多种对称的结构设计有效地去除了极化模式的影响。结构上的设计包括采用轴向耦合的方式去除了半腔上的激光孔，在整腔上与耦合有对称关系的位置有三个对应的真空孔结构。通过仿真模拟软件分析这些结构有效的去除了二极模、四极模的比重。对电子枪的Q值和分路阻抗等参数进行了优化，提升了微波电子枪的性能。并且进行了系统的电子枪的频率调谐和场分布分析实验。根据谐振腔的测量理论做了大量而完整的微波测量实验，对实验结果进行了细致的分析总结了微波电子枪的加工设计和工艺问题。本文还对双频微波电子枪进行了系统深入的理论研究。完成了2998/8994MHz双频微波电子枪的二维设计。设计上不仅对双频电子枪的各项微波参数进行了优化，而且对轴向的场分布进行了优化设计。并且总结了双频微波电子枪的设计方法。在高电荷量的情况下，进行了大量的双频微波电子枪的束流动力学模拟的研究。研究的结果显示了双频微波电子枪对于单频微波电子枪的优势。模拟的实验结果表明，在高电荷量下，双频微波电子枪能够提供更低的横向发射度，并且能够使得电子束团的纵向相空间线性化。对双频微波电子枪在发射度补偿过程中的基频和谐波的加速梯度以及初始相位的设置也做了优化。本文还模拟比较了使用双频微波电子枪的电子注入器的束团压缩过程中的优势。