短波长自由电子激光装置要求注入器为其提供低发射度、低能散、高峰值流强的优质电子束,在各种电子枪类型中,光阴极微波电子枪由于在这些参数方面的独特优势而成为直线加速器驱动的短波长自由电子激光装置注入器的首选方案。光阴极微波电子枪结构复杂,涉及多个学科,需要各方面的技术方案选择,优化。如:激光入射方式、偏正态、阴极材料、结构、时间同步系统等等。对各种方案的详细研究及恰当选择不光可以节约建造成本,更重要的是能够提高电子束品质。根据我们当前装置实际条件,本文主要围绕其中的同步系统,激光偏正态两方面开展工作:实现了合肥光源光阴极微波电子枪时序同步电路;对径向偏振光的应用可能性做了较详细分析研究。首先简要介绍自由电子激光的原理,特点,应用,发展状况,并对电子枪,尤其是光阴极微波电子枪做了简要介绍。详细介绍了合肥光源光阴极微波电子枪系统中有关时间同步的各主要组成部分,使用AVR MEGA128型MCU设计实现了光阴极微波电子枪的时序同步电路,获得较好的同步精度,实现了光阴极微波电子枪顺利出束,整个系统正常运行。给出了整个同步电路的软、硬件设计方案,并由实验结果分析了抖动来源,及大小对该精度进行了合理解释,并在此基础上给出提高同步电路精度的方案。此外,通过调研分析了实验中出现的锁相漂移等问题,找到了原因,给出了以后改善的方案。通过对光阴极微波电子枪领域的调研,筛选出一些对我们有价值的新概念,技术,如:空心光阴极、径向偏振光等,对其做了较详细的介绍。提出了一些自己的新方案将这些新技术应用到我们当前光阴极微波电子枪上,并对其带来的效果改变做了一些初步,半定量的分析,给出了一些有意义的结论。