太赫兹科学技术在现代科技界和产业界占有越来越重要的地位，具有广泛的应用前景。为了推进太赫兹科学技术的进一步发展，急需填平“太赫兹空隙”，而表面等离子体切伦科夫辐射源（Surface Polariton Cherenkov Light Source，SPCLS）正是解决这一问题的有力途径之一，因为这种结合了电子学和光子学原理的新型辐射源，可产生太赫兹甚至更高频率的电磁辐射。
　　为了推进SPCLS相关科学技术的发展，急需对它进行系统的理论研究，透彻地、定量地解释其中的物理机制。按照由浅入深、循序渐进的原则，从经典到量子、从现象到本质，本学位论文对SPCLS的理论研究从以下四个层面进行：场匹配方法、动力学理论、经典电子束的光子激发理论、电子束—光子相互作用的相对性理论。
　　场匹配方法：基于电子束等效电荷、电流和麦克斯韦方程组，求解SPCLS的场分布，本学位论文导出了电子束以激励表面等离子体激元为中介，可产生相干、强度较高、由电子束速度调谐的切伦科夫辐射的结果。同时，本学位论文基于并矢格林函数这一有力的数学工具，大大简化了场匹配方法的数学结果，使这一理论可以更方便地推广到不同结构中去，并且更适合处理电子束做复杂运动的情况。
　　动力学理论：在电磁理论的基础上，本学位论文进一步引入波尔兹曼方程来描述电子的运动，得到的动力学理论能够研究场匹配方法未涉及的、电磁场对电子束反作用的问题。动力学理论预言，当电子束的电子数密度足够大时，SPCLS的演化规律将偏离场匹配方法的预言，进入“强耦合”状态。此时，根据SPCLS系统参数的不同，电子束和电磁场有两种可能的相互作用状态，分别称为o状态和m状态。o状态下，电子束做周期性扰动，使输出信号增强；m状态下，电子束的运动速度单调下降，使输出信号频谱展宽。基于o状态，有望在强流电子束的应用场景下显著提高SPCLS的输出。
　　经典电子束的光子激发理论：本学位论文进一步将电磁场看作光子，但仍将电子束看作经典电荷、电流场，基于“半量子”的耦合哈密顿量研究系统的演化。这一理论研究了动力学理论未涉及的、低密度电子束和电磁场相互作用的问题。研究发现，无论电子束的电子数密度取何值，当SPCLS受到激励时，输出信号的上升速度总比经典理论（场匹配方法和动力学理论）的预言更快。这在传感器设计方面有一定优势。同时，该理论由于考虑了电磁场的量子性，还能用于研究SPCLS输出信号的涨落规律。研究发现，SPCLS的输出信号中，存在一个源于电子束和表面等离子体激元的相互作用的激发态涨落。基于这一涨落，有望对SPCLS的输出做随机共振增强。
　　电子束—光子相互作用的相对性理论：在量子化电磁场的基础上，本学位论文引入量子化的狄拉克旋量场来描述电子束，进而基于完全量子化的耦合哈密顿量来描述SPCLS的演化。这一理论研究了经典电子束的光子激发理论所不能研究的诸多物理效应，包括电子束的相对论效应、位置—动量不确定性、自旋等。该理论发现，当电子束的速度接近切伦科夫门限时，SPCLS的输出信号会受到不确定性原理的影响，强度显著削弱，但同时仍保持相干性和可调谐性。这一结果既解决了电子束速度越过切伦科夫门限时，SPCLS信号所面临的连续性悖论，又提供了一种测量切伦科夫辐射量子性的实验方案。
　　当理论研究探讨到第四层面时，就能较为完备地描述SPCLS中的物理过程，揭示经典理论所无法解释的隐藏信息。
　　以上四个层面的理论，作为一个整体，既可以从不同角度加深人们对SPCLS的认识，也可研究不同应用场合下基于SPCLS的系统。
　　从广义上讲，SPCLS的理论就是电子束平行激发某种系统、通过系统的局域响应使电子能量转化为电磁能量的理论。上述物理现象在各类电子学和光子学器件中普遍存在，而SPCLS的理论是研究这些物理现象的有力工具。例如，SPCLS的理论可用于研究非对称SPCLS、基于拓扑绝缘体双曲超材料的反向切伦科夫源、电子束激发的自旋电子学太赫兹源，以及基于石墨烯量子切伦科夫效应的X射线源等，并且，能够正确预测这些辐射源的场分布和输出、阐明其中的物理过程。
　　总之，SPCLS的理论研究实际上涵盖了一系列应用于不同场合、工作于不同频率的新型辐射源。