电子光学系统主要由电子枪和磁聚焦系统两部分组成,其作用是作为真空电子器件的能量源,为其提供满足应用要求的电子注,电子枪负责电子注的产生,磁聚焦系统负责使电子注聚焦,电子光学系统在许多方面均有重要应用,如在高功率微波源、粒子加速器、自由电子激光等。由于真空电子技术向毫米波、亚毫米波甚至太赫兹波段的的迅速发展,电子光学系统的研究又迎来了新的机会和挑战。本论文工作主要是对扩展互作用器件电子光学系统展开了研究与设计,主要内容和相关结论如下:对W波段扩展互作用器件(EID,Extended Interaction Device)均匀磁聚焦电子光学系统进行了研究设计,采用了三个线圈和一个磁极实现所需要的均匀磁场分布。根据理论计算采用有限元法磁学(FEMM,Finite Element Method Magnetics,)仿真软件对所求磁场进行了建模分析,依据FEMM计算的磁场结合静电电子枪,采用CST仿真软件对高电流密度、高压缩比的电子注在均匀聚焦磁场的作用下传输进行优化。根据理论分析,结合仿真软件,对电子枪的各个参数进行分析,并总结了各个参数对电子注的影响,以及聚焦磁场对电子注流通率的影响,总结得出:对于电子注电流,聚焦极对其影响较大,这也正是聚焦极存在的意义之一。而对于聚焦磁场,磁极对过渡区磁场影响最大;对于注波动而言,阴极发射面半径在3mm附近时电子束的波动最小。通过一系列仿真优化,得到的最优结果为,在工作电压为14-17kV,阴极发射电流密度小于20A/cm2的条件下,由皮尔斯电子枪发射的电子注在均匀磁场的聚焦作用下良好的传输,通过率为100%,得到了导流系数为0.175?P的电子枪,在均匀磁场区形成了高电流密度、高压缩比的电子注,注平均电流密度达到546.17 A/cm2,注压缩比为33,电子注横纵速度比为7.2%。根据优化得出电子光学系统的各个参数,在高电流密度电子枪提供的微波源的条件下,对矩形耦合腔慢波结构的扩展互作用振荡器,进行了仿真优化。在电子枪导流系数为0.175?P和阴极发射电流密度小于20A/cm2的条件下,PIC模拟仿真得出最优结果为,在电压值为15.8kV时,得到最优电子注互作用效率为10.5%,工作频率为92.83GHz。