太赫兹是指频率介于0.1THz-10THz的电磁波,由于其广拓的应用前景受到各国科研人员的普遍重视,发展十分迅速。由于太赫兹波介于红外光与毫米波之间,所以它独特的优点使其可以应用与成像技术、安全检查、THz雷达辐射等方面。然而太赫兹技术的关键之处在于产生太赫兹电磁波,因此开发具有高功率和高效率的太赫兹波源是发展太赫兹技术的基础。到目前为止,太赫兹回旋器件是太赫兹频段中输出功率最高的辐射器件,所以大力研发太赫兹回旋器件成为热门课题。然而太赫兹器件随着工作频率的提高,其中的尺寸共渡效应和功率容量等问题难以得到完善的解决。一般情况下使用高次模式作为工作模式能提高功率的输出,但是高次模式工作往往会引入模式竞争等问题。尤其是在太赫兹频段,太赫兹回旋器件的尺寸比普通微波器件相对更小,所以它的竞争模式问题就更加难以得到抑制。因此,研究一种能工作于太赫兹频段并且能很好解决模式竞争问题的高频互作用结构成为工作重点。经过长期的探索发现,准光波导中的不同模式衍射损耗的不同使其具有较好的模式选择特性,所以利用准光波导结构作为互作用段能用来解决模式竞争问题。研究回旋管的重点是分析其注波互作用效率。由于电子群聚和能量交换都是在注波互作用过程中完成,所以研究其互作用过程成为工作重点,但是由于太赫兹回旋器件的加工与实验相对复杂,所以在研发之初对其进行数值模拟研究已成为必要流程。在教研室科研项目的支撑下,本论文利用自主研发的三维粒子模拟软件CHIPIC对0.22THz太赫兹回旋器件进行了理论研究与三维数值模拟仿真。具体研究内容如下:1、对准光波导结构的回旋器件做结构分析和理论研究,通过深入研究准光腔中的高斯波束方程,分析其电磁模式的场分布表达式。其次,研究准光波导中的衍射损耗问题,分析其中的模式竞争问题,为准光波导作为回旋管的中间腔互作用结构打下基础。2、对准光腔回旋振荡管进行了理论分析,主要包括回旋管动力学理论的研究、色散方程的推导。并且选取合适结构进行初步设计,最后运用三维粒子模拟软件CHIPIC对其进行数值模拟仿真。分析其工作特性。研究相关电参数对工作性能的影响,为后期回旋管放大器的实验研制做基础准备。3、分析回旋返波管的工作原理,设计一只中心频率在0.22THz的准光波导结构的回旋返波管,并利用三维粒子模拟软件对其优化仿真,分别分析其磁场调谐与电压调谐,通过优化结构参数,最后得到满足频带与功率要求的回旋返波管。最后通过回旋行波管模拟仿真与自激振荡实验数据进行了对比,得到了仿真数据与实验数据一致的结果,印证了数值模拟仿真的准确性与正确性,为回旋行波管放大器的实验与研制做准备。