1、太赫茲電磁波在電磁頻譜中占有非常特殊的位置，表現出很多不同于其它頻段電磁輻射的優(yōu)越特性，在許多領域都有著重要的學術價值和廣泛的應用前景。目前，對太赫茲科學技術的研究已引起國際學術界的普遍關注和極大興趣，成為國際高科技研究最前沿的領域之一。
　　 長期以來，缺乏有效的太赫茲電磁波輻射源成為限制太赫茲科學技術發(fā)展和應用的一個重要原因。探索產生太赫茲電磁波輻射的新機制和新方法就成了太赫茲科學技術領域的研究熱點之一。自由電子激光(Fre

2、e Electron Laser，縮寫FEL)和基于電子回旋脈塞(Electron Cyclotron Maser，縮寫ECM)工作原理的回旋管器件，被公認為是能夠實現太赫茲波輸出的有效器件。其中“Maser”一詞，原是Microwave Amplification byStimulated Emission of Radiation的縮寫，其基本涵義是“受激輻射放大器”，所以maser國內通行的中文譯法，音譯為“脈塞”或“麥塞”，意譯

3、為“微波激射器”或“激射器”。
　　 本文研究一種加載靜電壓的同軸結構小軌道相對論電子回旋脈塞，以期獲得高功率太赫茲自由電子輻射源的新知識，探索出一種具有結構橫向電尺寸大、束-波互作用強、單色性好、工程成本低、結構緊湊等優(yōu)點的新型千瓦級高功率太赫茲電磁波輻射源。本文所做的主要工作如下：
　　 (1)通過對大量相關文獻的總結提煉，較為全面地回顧了國內、外靜電場在電子回旋脈塞和自由電子激光中的應用和分析，進而提出了本文的研究

4、思路。
　　 (2)建立了同軸結構靜電場系統(tǒng)電子束-電磁波耦合互作用的基本模型，首先推導了同軸波導中TE模式的場表達式，然后在考慮了外加靜電壓的前提下得出了相對論性電子的運動方程，進而推導得到表征束-波能量交換的耦合方程，建立了加載靜電壓的同軸波導回旋脈塞的自洽非線性理論。對電子束-電磁波相互作用的過程進行了理論分析，并用FORTRAN語言編制了相應的程序。
　　 (3)建立了同軸結構靜電場加載小軌道相對論電子的回旋自諧

5、振脈塞(CyclotronAutoresonance Maser，縮寫CARM)放大器的非線性模擬模型，具體數值模擬了工作頻率為0.14THz的情況，結果表明，加載靜電壓后，器件的飽和功率有了明顯的提高。通過調整參數，與不加靜電壓(V0=0)時相比，飽和功率可增加22％，最大效率也從10.2％增加到了12.5％。文中還對一些主要參數進行了優(yōu)化，包括外加靜電壓、橫向縱向速率比、電子束導引中心半徑的優(yōu)化，并考察了電子束速度離散對輸出功率的影

6、響。
　　 (4)對同軸結構靜電場加載小軌道相對論電子的回旋管(Gyrotron)放大器建立了理論模型，并對一種工作頻率為0.14THz的情況進行了非線性模擬，然后對一些主要參數進行了調試和優(yōu)化，包括外加靜電壓、橫向縱向速率比、電子束導引中心半徑的優(yōu)化，并考察了電子束速度離散對輸出功率的影響。結果發(fā)現：一是與不加靜電壓(V0=0)時相比可將回旋管的飽和功率提高18.6％；二是電子束初始橫向速度離散的負面影響被減弱。