电子枪是电子加速器中被加速粒子的源头,决定了整台加速器的束流性能。自由电子激光等大装置所要求的低发射度、高亮度电子束使得电子枪在国际上受到了广泛的关注和应用。而光阴极微波电子枪的出现和发展推动了自由电子激光、超快电子衍射等装置的发展,并将继续推动这些大装置向着更紧凑和更高效率的方向发展。随着科学研究的不断深入,未来极紧凑高亮度光源技术也对下一代光阴极微波电子枪提出了更低发射度、更低能散的需求。上海软X射线自由电子激光（S XFEL）经过多年发展已经顺利出光,并将为用户装置持续提供高质量的自由电子激光脉冲。在装置调束和运行过程中,我们发在现有装置调束和运行过程中,我们发现存在束流发射度无法进一步降低,且由于驱动激光的脉冲堆积使得电子束内部存在微结构,不利于自由电子激光的放大等问题。另外,出于对高重复频率自由电子激光装置的需求,上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）正在设计建造过程中。鉴于此,需要研制开发基于新型电子枪和更短驱动激光脉冲的高峰值亮度以及基于连续波光阴极电子枪的高平均亮度光阴极注入器。本论文详细论述了2.6-cell冷态C波段电子枪的设计和研究工作,首先对加速结构的谐振腔理论和注入器的束流动力学等方面进行了系统的阐述,并介绍了影响注入器出口束流质量的因素,提出需要使用更高梯度的加速结构。然后通过对高梯度技术和低温结构性质的分析,利用三维电磁场仿真软件完成了C波段低温电子枪的模拟和设计。通过使用精密加工技术完成了对测试腔和低温恒温系统的加工,使用测试腔的低温实验结果对冷态C波段电子枪的设计进行了验证,此后完成了C波段电子枪的加工和在常温、低温下各自的低功率测试。由于冷态C波段电子枪在设计上需要在高功率水平的加速器装置上运行,本文还介绍了该电子枪的高功率测试平台的布局和搭建。除冷态电子枪外,本论文还介绍了电子枪的另一个研究重点方向:连续波电子枪。该电子枪常温下可连续波运行。在设计连续波电子枪时需要综合考虑各RF参数的折中,因此引入了多目标优化算法对腔体进行优化。此外,也对该电子枪中会出现的二次电子倍增现象进行了抑制,并通过对多物理场的模拟确定了该电子枪可在设计状态下连续稳定地工作。