微通道板和硅光电倍增管在微光探测领域具有重要作用,是实现微弱光探测的重要工具,其中单光电子谱是重要评价指标之一,因此对光电倍增器件的单光子性能进行深入研究。本文首先介绍了现有光电倍增器件的发展情况,对微通道板、硅光电倍增管的国内外发展现状和测试系统的国内外现状做了梳理。为验证多款新型光电器件的模拟和设计工作,研制了一款开放式真空测试系统,在真空腔内部分别对微通道板和硅光电倍增管等光电器件的性能,尤其是单光电子性能进行研究。然后对传统的光电倍增器件进行介绍,对光电阴极、倍增极以及阳极三个重要组成部分进行说明,重点研究微通道板和硅光电倍增管的工作原理和参数特性。分析了单光电子探测的基本原理,根据理论分析和模拟,得出光电倍增管的输出电荷分布的理论表达式,并且估计出单光电子信号的幅值大小为10 m V左右,对单光电子测试中可能出现的噪声和电磁干扰等进行了研究。接着对开放式真空系统进行设计,依照传统光电倍增管的基本结构原理,结合测试器件的尺寸,得出真空腔体的基本结构和大小,分析出腔体最合适的真空度需满足小于1×10-4Pa,由此确定了真空泵组的规格。同时使用ANSYS对腔体结构强度进行了模拟仿真,仿真结果表明,腔体最大形变量小于1%,确认了腔体设计的合理性。对开放式真空系统中的数据采集系统和供电电源的性能进行了对比分析,确定了测试所需的设备。最后,对加工完成的开放式真空测试系统进行调试,实现在开放式真空系统中对微通道板型光电倍增管和硅光电倍增管单光电子性能的研究,对分子泵开启前后,以及测试器件处于真空腔体内部或外部,诸多情况下的单光电子性能进行了对比测试,验证了设计的开放式真空系统较好地实现了电磁屏蔽,具有较高的信噪比环境,可实现器件的单光电子测试,能量分辨率测试水平提升5%,为后续新型光电倍增管的动态设计实验奠定了基础。