太赫兹波具有极高的应用价值,太赫兹源的研究已经成为国内外太赫兹科学技术研究的关键课题。本文以太赫兹等离子体波的激发为基础,研究了纳米缺陷对金属表面等离子体波的调控、金属微纳结构等离子体波转化为太赫兹辐射场和高电子迁移率晶体管微纳结构中太赫兹等离子体波的产生和放大理论,所得结果为微型化1-5太赫兹辐射源的研究提供指导。本论文主要工作和创新点如下:1.研究了金属表面等离子波的频率调控机制。基于光波激发金属表面等离子体波的仿真方法,研究了金属中引入单个和离散的周期性缺陷对表面等离子体波频率的影响。结果表明:金属中引入周期性纳米级缺陷可以降低金属自由电子气体的密度,改变金属等效介电常数,修正了金属Drude模型,通过降低表面等离子体波的频率,实现了表面等离子体波频率的调控。同时,缺陷边界限制自由电子气体的运动,对介电常数产生显著的影响。使用自适应Drude模型来描述含周期缺陷的金属结构的介电常数将有助于指导基于表面等离子体波器件的设计,对表面等离子体波的应用具有重要价值。2.研究了电子激励非对称亚波长周期孔阵列产生仿表面等离子体波并转化为太赫兹频段Smith-Purcell相干辐射。基于自由电子激励亚波长孔阵列仿表面等离子体波的理论,提出了一种将两个不同周期的亚波长孔阵列结合在一起组成非对称的亚波长周期孔阵列结构,将自由电子激励的仿表面等离子体波转化为Smith-Purcell辐射,并解释了仿表面等离子体波转化为相干Smith-Purcell辐射的具体机制。基于此辐射机制,设计了1.25THz的微米孔阵列的太赫兹相干辐射源。结果表明:非对称亚波长周期结构可以实现设计频率的太赫兹辐射,通过调节非对称亚波长孔阵列的周期和孔的尺寸得到相干、可调的太赫兹Smith-Purcell辐射。3.研究了高电子迁移率晶体管中的太赫兹等离子体波的振荡放大。基于直流电流激励的高电子迁移率晶体管中太赫兹等离子体波的不稳定性理论,对二维电子气层非线性的流体动力学方程进行数值求解。结合实际的结构参数对晶体管中太赫兹等离子体波的放大进行了仿真研究,并给出了AlGaN/GaN HEMT实际参数下电子浓度、漂移速度、弛豫时间和沟道长度对太赫兹波性能的影响。结果表明在考虑内部摩擦的影响下,太赫兹等离子体波的放大条件变得更加严格,由?_t(27)2?(τ_t为电子渡越时间,τ为电子弛豫时间)变为?_t(27)1.78?。具有高漂移速度、高电子浓度和大电子弛豫时间的HEMT结构对1-5THz的太赫兹源的发展具有重要意义。4.提出了将真空电子学与HEMT结构中太赫兹等离子体波相结合,发展基于注-波互作用放大机制的1-5THz放大器。根据皮尔斯理论,研究了电子与HEMT结构中太赫兹等离子体波的相互作用,推导了注-波互作用的小信号理论,根据色散方程计算了小信号增益。结果表明,当电子漂移速度略快于太赫兹等离子体波时,可以在2.5THz获得每波长1.22dB的增益,为基于真空电子学与HEMT结构结合的太赫兹放大器提供了理论预测。