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太赫兹（THz）科学技术是当前最受关注的国际学术前沿领域之一,为各国优争相抢占的科技制高点,它的发展对提高国家科技实力、促进国民经济发展、维护国土安全和社会安定都具有前瞻性、战略性和全局性的重大意义。近年来,THz回旋管作为THz频段高功率辐射源受到了广泛关注,它解决了THz科学技术的发展和应用受制于缺乏稳定高效高功率THz辐射源的问题。回旋管是一种典型的相对论电子学快波器件,它产生高功率THz波的原理是电子注在纵向磁场中回旋与高频角向电场互相作用后产生受激辐射,又称为电子回旋脉塞。在各国的努力下,回旋管朝着更高输出功率和频率的方向发展,它的工作模式通常要选用高阶模式以增加谐振腔的功率容量、减少欧姆损耗。这种高阶模式不利于THz波的远距离传输和应用,需要采用模式变换器将这些高阶波导模式转换成更利于传输的低阶波导模式或者是高斯波束。由于传统的波导模式变换器尺寸大不利于紧凑设计而且模式变换过程中模式竞争和损耗严重。而具有结构简单、设计紧凑和方便应用等优点的准光模式变换器现在已被广泛使用,所以研究用于高功率THz回旋管的准光模式变换器具有非常重要的意义。本文首先对应用于0.42THz-TE26模式和0.42THz-TE17,4模式回旋管的准光模式变换器进行了理论和实验研究,然后设计了能够提高输出光斑质量的两级相位校正镜面,最后针对应用于双频工作同轴双电子注回旋管准光模式变换器进行了理论分析,并提出了运用基于频率选择表面（FSS）的空间滤波器能够实现输出功率双频分离的方法。具体的研究内容如下:1.从基本麦克斯韦方程组出发,基于导波场理论和几何光学近似,描述了回旋管工作模式在圆柱波导中的传输过程;结合矢量绕射理论和迭代方法,分析了应用于0.42THz-TE26模式回旋管准光模式变换器中Vlasov型辐射器场结构,数值计算结果与三维电磁场全波仿真软件—FEKO的模拟结果吻合良好。2.基于传输线理论和阻抗微扰理论,推导出考虑返波作用的耦合波方程,并分析了应用于0.42THz-TE17,4模式回旋管准光模式变换器中Denisov型辐射器扰动段电磁波耦合情况及辐射器场结构,且数值计算结果与FEKO模拟结吻合良好。3.运用几何光学理论,推导了满足汇聚要求的准椭圆镜和抛物镜面在全局坐标系下镜面方程;基于矢量绕射理论,计算了各个规则镜面及输出窗处的场分布并与FEKO模拟结果进行对比验证;结合KSA算法和矢量绕射理论,设计出了能很大程度提高输出光斑质量的两级相位校正镜,且数值计算结果与FEKO模拟结吻合良好。4.对应用于0.42THz-TE26模式和0.42THz-TE17,4模式回旋管的准光模式变换器进行了实验研究,其中辐射器分别为Vlasov型和Denisov型,实验测试所得结果与理论预测值吻合良好。5.首先介绍了双频工作同轴双电子注回旋管工作原理以及相应的模拟结果,并进行了相关实验测试,实验结果表明,基波和二次谐波同时工作的状态得到验证;然后针对双频工作同轴双电子注回旋振荡管同时输出的两个模式,分析了运用同一阶梯型准光模式变换器的模式转换情况;最后提出了运用基于频率选择表面空间滤波器能够实现输出功率双频分离的方法,运用THz时域光谱仪（TDS）对加工出的样品进行初步测试,并给出了透射系数的测量结果。