太赫兹(THz)辐射一般指的是频率在0.1~10THz范围的电磁波,频段位于微波和红外波之间。随着对THz辐射研究的深入,THz辐射已经广泛应用于多个学科之中,包括生物学、材料科学、医学、环境监测、安全检查等。THz辐射的应用离不开对THz辐射源的需求,获取高功率、可调谐并稳定的THz源是近几十年来的研究热点。加速器产生的亚皮秒长度电子束团可以通过Smith-Purcell效应来辐射THz波段的电磁波,这种方法是一种非常稳定的、有前景的THz源。本篇论文就亚皮秒相对论电子束团与金属光栅相互作用产生THz波段的Smith-Purcell辐射展开了较为深入的理论、模拟和实验研究。论文首先在理论上对相对论电子束团的辐射进行了讨论,并推导了Smith-Purcell效应的辐射公式。然后通过数值模拟对单束团和多束团通过闪耀型金属光栅和凹槽型金属光栅产生的Smith-Purcell辐射的多项性质进行了分析。结果表明,在单束团激发情况下,闪耀型金属光栅辐射强度在比2倍闪耀角稍大一点的角度辐射强度达到最大,且闪耀角越大,SmithPurcell辐射的总强度越大;对于凹槽型金属光栅,Smith-Purcell辐射强度随观测角度的变化起伏较大,也在特定角度出现峰值,且凹槽越深,SmithPurcell辐射的总强度越大,凹槽宽度对辐射总强度影响不大,但会影响辐射强度随观测角度的变化。在多束团激发的情况下,束团间距对应的频率或高次谐波被选择性激发起,在特定角度可以使一阶Smith-Purcell辐射占据主导地位,也可以使二阶Smith-Purcell辐射成为辐射的主要成分。最后论文通过实验研究,在清华大学加速器实验室的加速器实验平台上,利用经过压缩后的亚皮秒长度电子束团掠过闪耀型金属光栅,通过Bolometer探测产生的THz辐射,利用迈克尔逊干涉仪测量辐射频谱。实验得到了Smith-Purcell辐射的频谱,辐射强度与电子束团和光栅距离的关系,辐射强度和电子束团长度的关系,以及辐射强度和电荷量的关系。本论文的工作对基于相对论超短电子束团的THz源的开发具有重要的意义,为进一步理解和研究SmithPurcell辐射奠定了基础。