随着社会的高速发展,科技的迅猛进步,人们对于海洋,太空,荒漠等未知地域的探索越来越频繁。GaAlAs光电阴极以其良好的光电发射性能,高灵敏度,长寿命和低成本等优点成为夜视技术发展,海洋探测领域和海底成像领域的重要光电器件。然而,在目前研究中,对Ga_1-xAl_xAs光电阴极的性能及GaAlAs在不同Al组分下的特性变化规律还探究得不够完善,不同的掺杂方式,不同的掺杂原子,不同的掺杂结构的Ga_1-xAl_xAs光电阴极光电特性研究还有待加深。本文基于第一性的理论计算,研究Ga_1-xAl_xAs的光电特性,不同Al组分的单原子掺杂特性;生长不同的Ga_1-xAl_xAs光电阴极材料,进行Cs-O激活,衰减,掺杂方式对Ga_1-xAl_xAs光电阴极的性能影响;同时设计瞬态飞秒激光反射率测量系统,研究Ga_1-xAl_xAs的瞬态光学特性。本文的主要研究内容包括:1、简要叙述光电阴极的主要结构种类和解释光电阴极内部的电子出射原理,结合理论知识,利用Material Studio软件,基于第一性原理的CASTEP计算方法,建立不同Al组分Ga_1-xAl_xAs（x=0¹）超晶胞原子晶体模型,x的值分别取0,0.125,0.25,0.63,1。计算不同Al组分的形成能,能带结构,光吸收系数,得出光电特性与Al组分的变化规律。2、利用Material Studio软件,建立低Al组分x=0.125的Ga_0.875Al_0.125As和高Al组分x=0.63的Ga_0.37Al_0.63As超晶胞原子晶体模型,将单原子Be原子及Zn原子分别以替位掺杂和间隙掺杂这两种掺杂方式添加于Ga_0.875Al_0.125As和Ga_0.37Al_0.63As晶体结构中。计算这两个掺杂原子的不同掺杂方式下的能带结构,态密度,电荷集居数,光吸收系数,反射率,能量损失等特性,比较观察Be原子和Zn原子掺杂后对Ga_1-xAl_xAs光电性质有何影响,掺杂方式对Ga_1-xAl_xAs光电特性有何影响,掺杂效应与不同Al组分的关系等。得出Be、Zn单原子掺杂对Ga_1-xAl_xAs的光电特性的影响。3、生长指数掺杂GaAs,均匀掺杂GaAs及指数掺杂的Ga_0.37Al_0.63As光电阴极结构,研究比较这三种光电阴极的光谱响应,量子效率;交替通入Cs源与O源下的Ga_1-xAl_xAs光电流曲线对比;同一光照下的Ga_1-xAl_xAs的衰退情况分析;发射层不同掺杂方式的GaAs光电阴极光电特性分析。4、利用飞秒激光瞬态反射率测量系统,探测指数掺杂Ga_0.37Al_0.63As,指数掺杂GaAs和均匀掺杂GaAs这三种光电阴极结构的瞬时反射率特性随延迟时间的变化。研究光电阴极瞬时反射率变化过程,探索分析其可能的形成原因,为研究半导体的瞬态特性研究提供了良好的参考。