江门中微子实验的主要物理目标是利用反应堆中微子振荡测量中微子的质量顺序。实验计划建设一个有效质量为两万吨的大型液体闪烁体探测器，用于探测来自核反应堆的电子反中微子，并且对探测器性能提出了极高的要求。为达到计划的3％/√E(MeV)的能量分辨率，探测器中将装入约17000只20英寸光电倍增管及约34000只3英寸光电倍增管，实现超过75％的光阴极覆盖率，并要求20英寸光电倍增管具有高探测效率和低噪声等特性。液体闪烁体探测器外部的水池中将安装大约2000只20英寸光电倍增管用于探测和重建宇宙线μ子，其自身也将作为一个重要的μ子探测器用于重建μ子径迹。为尽可能准确地重建μ子，减少探测器死时间，不仅对光电倍增管性能有特定的要求，还需要研究合理的重建算法。　　本文建立了一套高效可靠的光电倍增管性能测试系统，可用于对不同尺寸不同形状的光电倍增管进行性能刻度。讨论了测量光阴极量子效率的不同方法，并搭建了相应的测试装置，深入研究了光电倍增管阴极电流的测量方式，为后续实验测量建立了标准。针对不同外形的光电倍增管设计了多个阴极和阳极均匀性扫描装置，实现了对多种管型的均匀性测量。测试系统中包含机箱插件式和桌面设备式两套阳极信号测量装置，适用于多种场合;能够全面刻度光电倍增管的阳极特性，包括江门中微子实验重点关心的探测效率及均匀性、单光电子分辨能力、动态范围、暗噪声率及时间分辨率等。本文完成了大量实验研究工作，既包括对多种光电倍增管及光学材料性能的研究，还包括对不同测试方法的研究。测试系统建立完成后，已先后用于新型光电倍增管研发、江门中微子实验光电倍增管选型研究及小模型实验的光电倍增管性能刻度，并能够为后续建立批量测试系统提供参考。　　日本滨松公司具备国际领先的光电倍增管研发和生产水平，其多种产品已成功用于不同的中微子实验。滨松研制的新型高量子效率20英寸光电倍增管采用了先进的设计和技术，是江门中微子实验设计阶段的候选型号之一。滨松已向高能所提交了多只新型8英寸和20英寸样管，用于江门中微子实验的选型研究和模型实验。本文对滨松提供的多只样管进行了全面性能测试，研究高量子效率阴极对整管性能的影响，获得了其新型样管的典型性能和多只样管一致性的信息，为江门中微子实验的光电倍增管选型提供了重要参考。　　基于江门中微子实验的需求，由中科院高能所联合多家国内单位成立了一个新型光电倍增管研发合作组。合作组提出了一种全新的基于微通道板的大面积光电倍增管设计方案，方案中使用微通道板作为电子倍增器，并利用反射式阴极提高探测效率。合作组的目标是研制出满足江门中微子实验要求的光电倍增管，研发方向主要包括提高光阴极性能及阳极组件性能。结合考虑理论模拟、工艺实现以及样管测试结果等多方面因素，样管设计不断改进优化，性能不断提高。本文完成的大量样管性能测试工作和数据分析结果为样管制作工艺和结构设计的选择提供了重要依据，通过一些专项研究实验为制管提供了建议，在样管性能测试实验中发现了原有设计的不足，促成了样管结构设计的关键性转变。初步研究了微通道板型光电倍增管的分压电路。全面研究了最新20英寸微通道板型光电倍增管的性能，并与滨松样管进行了比较。　　高能宇宙线μ子穿过江门中微子实验的探测器时会产生与中微子信号相似的本底，因此需要探测μ子信号并进行反符合。反符合标准的制定依赖于对μ子径迹的重建精确度，提高重建精确度能减少反符合造成的探测器死时间。本文研究了已有中心探测器μ子重建算法的性能，比较了光电倍增管时间分辨对重建结果的影响，发现了算法存在的问题。从μ子重建角度研究了江门中微子实验小型光电倍增管和20英寸光电倍增管混合方案，为不同方案的决策提供了数据参考。针对算法中的部分问题进行了优化研究，取得了一些重要进展，为后续工作提供了方向。　　本论文的工作不仅在新型微通道板型光电倍增管的研制过程中提供了大量测试数据参考及改进建议，为最终的设计定型作出关键贡献，还为江门中微子实验光电倍增管方案的确定提供了重要的实验数据和分析结果等依据。