太赫兹（THz）电磁波,一般情况下是指频率介于0.1THz到10.0THz的电磁波,其所对应的波长处在0.03mm到3mm之间。这个波段的太赫兹波正巧处在亚毫米波和红外光之间,因此具有了广阔的系统带宽和高穿透性等优良的性质,并在生物成像、材料科学、通信雷达等领域拥有重大的研究价值。然而随着大众对太赫兹辐射源的高频率、高功率的迫切需要,缩小的结构尺寸难以实际加工,电子束能量的大幅上升,效率低下等问题都是科研工作者们亟待解决的。所以真空电子学是非常重要的太赫兹辐射源,开展电真空下太赫兹辐射源的研究可大大提升太赫兹技术的应用前景,而Smith-Purcell超辐射正是获得高频太赫兹辐射源的优良途径。本文针对以上问题提出了基于光栅结构的Smith-Purcell辐射的太赫兹源。详细探讨矩形光栅的色散特性,并对电子注在周期结构中激发Smith-Purcell超辐射的特性进行深入分析和研究,从而设计出高频、高效、高功率的太赫兹辐射源,具体工作如下:1.理论推导出矩形单光栅的色散方程并使用软件绘制对应的色散曲线,探讨单光栅的主要参数对其色散特性的影响。2.采用粒子模拟仿真软件研究了电子注激发矩形单光栅产生的THz波SmithPurcell超辐射,根据色散曲线、工作点的频率等,设计出所需要的单光栅结构参数。最后在电子束能量为20ke V的情况下设计出一个可以产生260GHz超辐射波的结构,在电子束能量为15ke V的情况下设计出了一个可产生346GHz倍频辐射波的光栅结构。3.进一步推导出双孔光栅结构的色散方程并使用相应的软件分析色散曲线。结合该色散曲线和工作点的频率,设计出在电子束能量为50ke V的情况下,可产生600GHz的双孔光栅结构,并验证了该结构可以大幅降低起振电流密度的优点。4.对三反射镜准光腔的结构、谐振条件等进行详细的分析和深入的研究。在此基础上提出了通过三反射镜准光腔耦合放大Smith-Purcell超辐射的模型,并利用CST软件进行模拟计算,验证了该方案的可行性。