采用三维数值模拟方法研究了基于带状束的史密斯-帕塞尔自由电子激光（S-P FEL）的辐射输出特性。当一束相对论带状束紧贴着矩形光栅表面飞行时，可以激励起非相干的史密斯-帕塞尔（S-P）辐射，而全反馈谐振腔可以将各个方位角的S-P辐射反射回带状束，同时进行速度调制，使电子注发生群聚，进而获得相干的S-P辐射。通过数值模拟发现，带状束可以提高S-P FEL的功率和功率谱密度；随着带状束宽高比的增大，电子束的速度调制和群聚更为明显，S-P FEL的功率和功率谱密度也越大。

提出了一种基于史密斯-帕赛尔效应的太赫兹振荡器，该器件由电子枪、调制腔、输出腔、收集极等部分构成。在器件调制腔中,电子注的速度调制通过史密斯-帕赛尔效应完成的,当群聚电子注通过输出腔时,群聚电子注会在输出腔的间隙处激励起高频电场,该高频电场会使电子注的一部分动能转换为高频能量,并完成太赫兹振荡.模拟发现：当金属光栅的空间周期为0.6 mm、电子注能量为100 keV时,利用史密斯-帕赛尔效应调制的太赫兹振荡器可以输出频率为349.017 GHz和346.324 GHz、功率谱密度接近4 kW/GHz、最大输出峰值功率超过2 kW的太赫兹波.

提出了光栅—谐振腔复合结构. 利用光学理论和粒子模拟方法研究了这种光栅—谐振腔复合结构中的史密斯—帕塞尔辐射的输出特性. 结果显示：利用这种装置可以产生太赫兹波段的可调谐相干史密斯—帕塞尔辐射. 这种光栅—谐振腔复合结构具有下列优点：它可以把一定发射角和任意方位角的史密斯—帕塞尔辐射同相位反馈到电子束,对电子束进行调制.

电子束沿多层膜表面运动时会产生自发辐射。分析自发辐射的精确波长公式、自发辐射中电子束品质的变化规律和电子自发辐射的功率后得出:电子束沿金属-介质多层膜表面运动时产生自发辐射,电子束内各种速度的电子数都按指数规律变化,实际电子束自发辐射的总辐射功率与金属-介质多层膜的空间周期成反比。

研究了利用微波与电子束团的康普顿散射实现太赫兹的方法、光子产额和辐射功率。推导出了单个电子产生的太赫兹的光子产额和辐射功率表达式,也推导出了电子束团产生的太赫兹的光子总产额和辐射总功率表达式。结果发现:利用微波与电子束团发生康普顿垂直散射,可以产生太赫兹皮秒脉冲;单个电子产生的太赫兹光子产额与微波功率、微波波长成正比,与微波束截面积成反比;单个电子产生的太赫兹辐射功率与微波功率、电子Lorentz因子的平方成正比,与微波束截面积成反比;电子束团产生的太赫兹光子总产额与微波功率的平方、微波波长的平方成正比,与微波束截面积的平方成反比;电子束团产生的太赫兹辐射总功率与微波功率的平方、微波波长以及电子Lorentz因子的平方成正比,与微波束截面积的平方成反比。

提出了一种超腔的新技术方案，利用康普顿散射理论计算了基于超腔技术的激光同步辐射(LSS)波长以及单个电子的光子产额和辐射功率，讨论了电子束品质和激光功率损耗对激光同步辐射的总光子产额和总辐射功率的影响。结果发现,利用3.5 GeV电子束和远红外激光进行康普顿垂直散射可以获得能量10.975 MeV的γ射线，单个电子产生的光子产额与激光功率和入射波长成正比，与光束的截面积成反比。单个电子的辐射功率与激光功率和Lorentz因子的平方成正比，与光束的截面积成反比。

考虑电子的反冲并利用康普顿散射，研究了激光同步辐射光源(LSS)辐射的光子波长、光子能量。结果表明，对于不同的γ，LSS辐射的光子波长和能量有不同的近似公式。当γ＜＜λ₁／4λ_e时，LSS辐射的光子波长λ₂≈λ₁／4γ²，能量(ε_c2≈4γ²ε_c1；当γ＞＞λ₁／4λ_e时，LSS辐射的光子波长λ₂≈λ_e／γ，能量ε_c2≈m₀γc²；结果表明，LSS辐射的条件是种子激光的波长λ₁大于电子的物质波波长λ_m；LSS辐射的极值波长是λ_2max=h／m₀γv，极值能量是ε_c2max=βε_e；本文后半部分提出了利用北京正负电子对撞机的强流高亮度电子束与激光的康普顿背散射产生单色γ射线的建议。