中微子振荡现象发现以后,大多数振荡参数已经通过太阳中微子实验、大气中微子实验、加速器中微子实验以及反应堆中微子实验测定,但是中微子质量顺序依然是未解之谜。2012年大亚湾实验在5.2σ置信区间给出θ₁₃角非零的结论,这为中微子质量顺序的测量带来了希望。江门中微子实验（JUNO）作为未来大型中微子实验项目之一,其主要目标是在6年时间内以3σ置信度给出中微子质量顺序的测量结果,这要求探测器必须要达到前所未有的3%/（?）能量分辨率。为了实现该目标,JUNO使用了20,000只大面积、高效率的光电倍增管（PMT）进行光子探测,因此其模拟和性能研究是整个实验中关键之一。本论文中,首先对利用超新星中微子鉴别质量顺序的可能性进行了讨论,考虑了超新星爆发的中子化过程以及黑洞形成过程两种情况。随后,从光学原理出发建立了新的PMT光学模型,使JUNO探测器模拟中PMT对光子响应得到了精确描述。另外,PMT的绝对探测效率测量尚未有成熟的方案,论文中提出了一种积分球分光方法,并利用该方法成功标定了一只滨松20英寸PMT。超新星中微子是JUNO的探测目标之一,如何利用超新星中微子来确定质量顺序也是热门话题。由于超新星爆发的中子化过程里中微子时间谱中具有明显的短时间特征,因此可以尝试利用不同质量本征态在传播过程中的飞行时间差别来分辨中微子质量顺序。对于不同的质量顺序,会在探测器中测得事例谱的不同时间结构。另外,由于黑洞形成过程中会产生中微子通量的截断现象,我们也可以利用这种特征来辨别中微子质量顺序。但是,由于这种方法要求超新星距离地球较远或更大的探测器,尚无法将其运用在JUNO实验。光电倍增管的模拟难点在于建立精确可靠的PMT响应的模型。PMT对光子的响应事实上是光子在空气（水）-玻璃-光阴极-真空多层介质间的反射、透过和吸收过程,其比例可以根据斯涅耳定律和菲涅尔公式计算得到。JUNO所用的光电倍增管置于水中,当光子以大角度入射时,会在光阴极和真空之间发生全反射现象,这会显著提高PMT对光子的探测效率。另一方面,PMT的下表面铝膜以及内部结构也会影响其探测效率。在模拟软件中添加了光阴极上的薄膜干涉效应以后,实现了对PMT角度响应的精确描述。该模型也被应用在PMT批量测试系统的研究中。强光探测器件（如PD）的效率可通过测量其对已知功率入射光的响应度来得到,但是PMT工作在弱光下,无法用相同的手段得到其探测效率。利用积分球将入射光分为比例约为1663:1倍两束光,便能够在PMT工作于单光子模式的情况下,使用PD测得强光的光强,并推测与入射至PMT的弱光光强。另外,PMT绝对量子效率的标定十分容易,根据探测效率和量子效率的数值很容易计算出PMT的收集效率大小,由于同类型PMT结构的相似性,其收集效率也会比较接近。论文最后我们总结了前述工作并对后续工作做出了展望。