时至今日,加速器科学作为传统学科已经取得了显著的成绩,在基础科学、医疗、工业及安全检测等领域都具有广泛的应用。随着加速器应用领域的拓展,对装置的性能提出了更高的要求,如更高亮度电子束获得、更高梯度实现、更高分分辨率的束流诊断手段等。且传统加速器依然摆脱不了体积庞大、造价不菲的特点,在一定程度上限制了其大范围推广和应用。近些年,各个领域新技术不断涌现,学科界限逐渐模糊,学科交叉已成为一个必然发展趋势,而这也将为传统的加速器学科的发展打开新的思路。随着微纳技术的发展,已发现器件/结构尺寸缩小至微纳尺度后,将表现出独特的光响应及电磁场特性,如通过微纳结构引入表面等离激元,可对结构光吸收、反射、传输进行调控,还可在界面处产生局域增强近场,提高器件中电子与入射光子间的能量耦合和转换。将微纳结构引入至加速器领域中,一方面可以显著降低加速器装置的尺寸,其次,由于结构尺度缩小所引入的独特电磁场特性也为器件的发展和性能提升提出新思路。本论文基于以上背景,对锑钾铯光阴极光电子发射过程开展了蒙特卡洛仿真及实验研究,在对锑钾铯光阴极量子效率和热发射度的限制因素进行细致研究的基础上,首次将表面等离激元引入至锑钾铯光阴极中,以降低光阴极整体反射率,增加光阴极对入射光能量的有效吸收,来提高光阴极的量子效率;同时人工调控光阴极纵向初始光电子分布,来有效控制光阴极热发射度的提高。蒙特卡洛仿真结果显示,表面等离激元引入后,锑钾铯光阴极的量子效率相比未引入时出现两倍的提升,且光阴极的热发射度基本未变,对未来发展高亮度电子束具有重要意义。此外,首次对表面等离激元在介质/金属界面引起的局域增强近场对光阴极发射度的影响进行了分析。分析结果显示,该局域增强场虽然可以增大光阴极的发射度,但可通过调节入射激光功率、光阴极表面偏置电场、以及器件结构特性来进行有效控制。最后,基于表面等离激元转化的新型切伦科夫辐射提出了一种新的束流能量测量方案和束流位置测量方案,并对此开展了原理性研究。