碳纳米管场致发射阴极不仅具有发射电流密度大、瞬时启动、室温工作、抗辐射等诸多优异特性,而且相比于Spindt阴极制备工艺更简单、成本更低,其作为新型电子源在电真空器件领域具有广阔的应用前景。但是由于碳纳米管场致发射阴极较之于热阴极等其他形式的电子源在原理和特性上有诸多不同,所以在碳纳米管场致发射阴极电子枪的设计和装配方面仍存在着一些问题,其中包括电子束的聚焦等。为了获得具有良好聚束效果和调制特性的碳纳米管场致发射阴极电子枪,在一系列前期研究的基础上,课题分别从二极结构测试和三极结构设计两方面进行了深入的研究。此外,根据三极结构的测试结果还提出了一种改进方案。二极结构测试：高性能场致发射阴极是电子枪设计装配的基础,课题采用丝网印刷法制备得到了大电流碳纳米管场致发射阴极,结果表明,在直流在线水冷条件下,最大发射电流密度4.1A/cm2,对应发射电流20.60mA。课题也尝试在不同环境下采用脉冲电源进行测试,阴极均表现出良好的性能。三极结构设计：根据二极结构测试的数据建立了碳纳米管场致发射阴极仿真模型。在此基础上,针对碳纳米管场致发射阴极电子束发散的特点,设计并装配了一种以皮尔斯阴极和聚焦栅极为核心聚束结构的栅控电子枪三极结构,并对结构参数进行了调整优化：对装配好的三极结构电子枪进行了直流和脉冲测试,得到了发射曲线和调制曲线；最后根据实测数据的特点进行分析后提出了一种引入阴影栅、控制栅的无截获栅控电子枪,并对其进行了电子光学模拟。