砷化镓(GaAs)纳米线阵列负电子亲和势光阴极因其较高的量子效率,较低的暗电流,良好的长波响应,禁带宽度较窄等特点,成为最有前景的光电发射材料之一,广泛应用在微光夜视,高能光电倍增管等领域,将有机会成为下一代电子加速器电子源。近些年国内外对GaAs光阴极薄膜结构的优化和改进已经进行了大量的研究,同时在纳米线阵列结构的特性研究方面也取得了重大的进展,但是对GaAs纳米线阵列光阴极的研究工作还鲜有报道。基于此,本文对GaAs纳米线阵列光阴极制备工艺及优化,性能表征测试,理论模型仿真等方向展开研究。本文采用感应耦合等离子(ICP)刻蚀法制备GaAs纳米线阵列、变组分AlGaAs纳米线阵列,分析ICP刻蚀法制备GaAs纳米线阵列顶部出现剥离现象的原因,并对制备工艺进行了优化;利用扫描电子显微镜,微区光致发光谱,漫反射谱等研究了GaAs纳米线阵列光阴极的光学特性,发现其反射率远低于薄膜材料结构,光的“捕获效应”明显。GaAs纳米线阵列光阴极微区光致发光谱的波峰像近红外波段偏移,表明其结构的禁带宽度变窄,对长波吸收更好。在实验的基础上,针对GaAs纳米线阵列光阴极的性能表征测试,根据Spicer提出的“三步走”光电发射模型,建立GaAs纳米线阵列光阴极的光电发射模型,通过三维仿真软件,对其进行理论分析,研究入射光的角度,入射光的波长,纳米线直径对GaAs纳米线阵列光阴极的影响。仿真结果表明随着入射光与垂直方向夹角的增大,GaAs纳米线阵列光阴极的光谱响应先增大后减小,这个特性与薄膜结构有很大的不同,而且GaAs纳米线阵列光阴极具有比薄膜材料更高的光谱效应。