时间投影室(TPC)是一种广泛使用的探测器,它具有高精度的三维径迹探测能力,并能给出粒子的动量以及能损信息,有助于粒子种类鉴别。基于GEM的TPC是近年来发展起来了一种探测器,相对于传统的多丝结构TPC,GEM-TPC在计数率、正离子反馈、位置分辨等方面有很大的进步,是目前国际上气体探测器领域内热门的研究方向。为了系统研究GEM-TPC性能,本文通过GEM探测器内粒子传输过程、场笼电场优化、以及GEM-TPC搭建与性能测试三个方面来展开。第一部分主要研究了漂移电场、传输电场、感应电场、多层膜电压分配等因素对于探测器内粒子输运过程的影响,并与实验结果进行比对,两者符合性较好。根据得到的结果,在面对不同需求时,可以选择合适的工作条件。第二部分主要分析了漂移区内电场畸变的来源,计算了电极环场笼和印刷电路板场笼两种模型中各个变量对漂移区电场的影响,并衡量了各个变量的重要性,提出了两种场笼的优化设计方案。本部分提出的优化方案大部分在实验中已经得到验证。根据以上两部分的结果,我们在实验室内组建了一个10×10cm~2的GEM-TPC,最大漂移距离15cm,在第三部分主要介绍了GEM探测器的组建过程以及测试结果,激光刻度系统的搭建以及TPC的Z方向位置分辨测量等,实验测得该GEM-TPC在Z方向位置分辨为100μm左右。