辐射标定因子作为半导体激光器的重要物理参数，在揭示器件性能方面一直扮演着重要角色。本文提出了一种测量辐射标定因子的实验方法，利用这一方法开展了对980 nm InGaAs/GaAs量子阱结构的辐射特性研究。该方法通过收集InGaAs/GaAs边发射结构两侧辐射的光致发光（PL）光谱，利用构建的理论公式，获得了该结构在不同注入载流子浓度下的辐射标定因子，均值波动范围约为7.16×10¹⁰ ~ 3.36×10¹¹ W^-1·eV^-1·s^-1。最后利用固体模型理论和载流子填充规律对该结果进行了分析，揭示了该结构在不同热平衡状态下的非平衡载流子能带填充水平，以及电子和空穴准费米能级的变化规律。该项研究提出了一种测量辐射标定因子的新方法，在揭示发光材料辐射机制和推动激光器发展方面具有较重要研究价值。

针对GaAs光阴极像增强器在ns级选通成像中的时空特性，通过引入传输线阻抗完善了光阴极径向RLC传输模型，更准确地描述了选通过程中光快门的变化趋势，实验证实去除防离子反馈膜有利于改善光快门，使得光快门与电快门更为一致，在驱动电脉冲宽度为17.7 ns时，光快门宽度与电快门宽度的差异仅为1.1 ns；基于蒙特卡罗模拟方法，建立了光电子在分段线性快门脉冲电压驱动下经过第一近贴后的空间弥散模型，模拟结果表明：GaAs光阴极相较于S20光阴极在选通成像中的空间分辨下降更小。在20 lp/mm时，GaAs的动态空间分辨是静态空间分辨的80%，而S20光阴极不足70%，理论模拟与实验结果相一致，所建立的模型可用来分析和优化像增强器结构参数，为优化选通成像性能提供理论依据。

为了更好地了解这两种结构对光电发射性能的影响，设计和生长了两种结构的光电阴极样品，对其光电发射性能进行比较，并利用薄膜光学的矩阵法推导的光学性能公式以及通过求解一维连续性方程推导的量子效率模型，对比研究了光电阴极发射层、缓冲层厚度变化以及Al_xGa_1-xAs缓冲层中Al组分变化对两种结构光电阴极光学性能和量子效率的影响。这两种结构对光电发射性能的影响机理并不相同，因此作用效果也大不一样。渐变带隙结构的光电阴极通过引入内建电场和减少界面复合从而提升光电发射性能，而DBR结构则通过形成法布里-罗伯共振腔，使得特定波长的入射光在共振腔内来回反射进而被多次吸收，从而加强光电发射。激活实验结果表明，DBR结构样品的发射效率与渐变带隙结构相比具有明显优势，尤其是在755，808和880 nm处有更高的发射效率峰值，可分别提升37.5%，38.9%和47.0%。最后利用模型拟合了量子效率曲线，验证了光学性能参量对复杂结构光电阴极的重要影响及理论模型的合理性。

为研究透射式GaAs光电阴极在不同波长入射光环境下的图像分辨能力，提出了一种基于散射传递函数的AlGaAs窗口层界面散射理论模型。制作了透射式GaAs光电阴极，利用不同波长入射光散射传递函数和点扩散函数变化，基于有参峰信噪比拟合对AlGaAs窗口层界面散射引起的入射光学图像退化程度进行了定量分析。结果表明，在相同的粗糙度下随着入射光波长的增加，入射光学图像的能量损失越小，成像质量越高，而三代微光像增强器不同波长入射光测试条件下极限分辨力变化趋势与仿真计算结果一致，可为后续提高透射式GaAs光电阴极分辨力提供了技术支撑。