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变组分变掺杂结构有助于提升AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极的光电发射性能，为了完善变组分变掺杂AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极的理论体系、优化AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极的制备工艺，本文围绕变组分变掺杂AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极的光学性能理论、量子效率理论、阴极净化工艺和激活工艺等方面开展了系统研究。 针对变组分变掺杂AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极光学性能研究的缺乏，根据薄膜光学矩阵理论，推导了变组分变掺杂AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极的光学性能计算公式，得到变组分变掺杂AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极组件的反射率、透射率和吸收率。分析了GaAs发射层、AlxGa1-xAs缓冲层厚度和Al组分的变化对变组分变掺杂AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极反射率、透射率和吸收率的影响。为深入了解变组分变掺杂AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极的光学性能提供理论依据。 根据提出的变组分变掺杂AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极的结构，通过求解一维连续性方程，推导了变组分变掺杂AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极的理论量子效率。分析了GaAs发射层、AlxGa1-xAs缓冲层厚度和Al组分的变化对变组分变掺杂AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极量子效率的影响。通过与其它结构的量子效率模型进行比较，验证了变组分变掺杂结构对量子效率的提高作用。利用推导的光学性能计算公式和量子效率理论模型，拟合实验量子效率曲线并获得了相关的阴极性能参数。结果表明建立的理论模型得到了较好的实验拟合效果。 为了进一步提高AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极的光电发射性能，利用XPS表面分析技术研究了不同化学清洗工艺的净化效果，提出了更有效的减少表面氧化物和碳污染物的化学清洗工艺。在高低温加热净化中，为了判断AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极表面的清洁程度，分析了加热净化过程中真空系统的真空度和各种气体含量的变化曲线。对低温加热过程分别采用不同温度的变组分变掺杂AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极样品进行实验比较，测试加热过程中系统真空度变化和激活后的阴极量子效率，确定了变组分变掺杂AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极“高-低温”加热净化的加热温度。通过改进光电阴极的化学净化和加热净化工艺，有助于提高AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极的量子效率。 由于光电阴极的光电发射性能还与阴极的激活工艺密切相关，开展了一系列变组分变掺杂AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极的激活实验。对不同氧源进行除气残气分析、激活过程对比，针对Ag2O氧源预热时间长、氧蒸发速率不易控制的问题，改进了使用Ag2O氧源的激活工艺，实验表明BaO2氧源的激活效果更优异。通过采用多种光照条件对AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极进行Cs/O激活，发现了可以进一步提高AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极量子效率，同时延长工作寿命的红光波段单色光激活工艺。实验表明，通过改善净化和激活工艺，MOCVD生长的反射式变组分变掺杂AlxGa1-xAs/GaAs光电阴极的积分灵敏度提高了40％以上，且阴极稳定性得到改善。