为解决太赫兹( THz)行波管工作电流过小、输出功率低等问题，提出了基模多注工作模式的折叠波导行波管 (TWT)。首先，获得了基模多注折叠波导色散特性；然后，对基模多注折叠波导的传输特性进行了模拟计算；最后，完成了 0.14 THz基模多注折叠波导行波管的注波互作用特性分析。电子注参数为 12 mA，15.75 kV时，获得的 3 dB带宽为 25 GHz(128 GHz~153 GHz)，最大增益为 33.61 dB，最大峰值功率为 23 W；电子注参数为 30 mA，15.75 kV时，在 0.14 THz处获得了 38 dB增益，最大脉冲输出功率为 63.1 W。该方法能够有效增大 THz行波管的工作电流，提高互作用增益及效率、3 dB带宽、输出功率；在增益相同时，基模多注行波管可以做得更短、更紧凑。

在太赫兹频段，折叠波导慢波结构主要采用微细加工技术完成。讨论了目前折叠波导慢波结构主要的微加工工艺，分析了主要工艺误差包括波导深度、侧壁垂直度对 0.41 THz折叠波导慢波结构高频特性的影响。通过分析比较， a值对折叠波导行波管性能影响很大，需要在工艺中精确控制。在侧壁垂直度为 89°范围以内，侧壁垂直度的变化对折叠波导行波管性能影响不大。通过仿真分析，确定了工艺中必须控制加工精确度的工艺步骤，这对 0.41 THz折叠波导行波管的研制有非常重要的意义。

行波管具有高增益、宽带宽、高输出功率等优点，但频率提升到THz 后，输出功率急剧降低，为此采用多注与功率合成的方式提高输出功率。对D 波段折叠波导行波管进行的理论与数值分析表明： 单束的3 dB 带宽为13 GHz(0.134 THz~0.147 THz)， 0.14 THz 处最大增益为20.88 dB；多束合成增益为20.6 dB，3 dB 带宽内合成效率不低于92%。通过微铣削的办法加工完成了2 路折叠波导，并对其传输特性进行测量，对比分析了测试与设计结果。并行多注行波管能够以单束小电流、低聚焦磁场方式工作，可有效提高THz 行波管的输出功率。

为了提高太赫兹行波管的输出功率, 提出了多个传输信号进行功率合成的方法。首先, 对D波段多注慢波结构进行设计及功分器的优化;然后, 通过微铣削工艺完成了两注THz折叠波导结构的加工, 加工精度满足实际设计要求;最后, 利用CST软件对该结构的冷测与互作用特性进行了分析。仿真结果表明: 该结构的S11值小于-20 dB, 实际测试值在-20 dB左右, 两者较吻合。冷测分析表明该结构具有22 GHz(16%)的冷带宽, 3 dB增益带宽为12.5 GHz。在各电子注的电压、电流、峰值输入功率大小分别为15.79 kV, 12 mA, 10 mW时, 单注结构获得了1.58 W的输出功率及22 dB的增益;而两路信号在互作用完成后, 获得了2.91 W的合成功率输出, 合成效率不低于90%。通过合成的方法可以有效提高THz行波管的输出功率。

分析了两种常用来计算等效电导率的理论公式, 并加工了折叠波导慢波结构进行冷测实验验证。在粗糙度为0.3 μm时, 0.14 THz电磁波在无氧铜中传播的等效电导率约为4×107 S/m, 这与已有理论公式的计算结果并不一致。最后初步讨论了这种不一致产生的原因, 并提出了修正相关理论公式的想法。

为了提高THz行波管的输出功率, 通过并行多注和功率合成的方法, 完成了并行多注D波段折叠波导行波管的理论分析与数值模拟。计算结果表明: 单束行波管在0.135~0.157 THz频率区间具有很好的色散平坦度, 3 dB带宽为13 GHz, 0.14 THz处获得了20.88 dB的最大增益; 多束合成行波管在0.14 THz处获得了20.8 dB的合成增益, 3 dB带宽区间合成效率不低于92%。数值模拟表明该方法很好地实现了多路放大信号的合成输出。并行多注行波管具有输出功率大、单束电流小、聚焦磁场低等优点, 能够在低发射电流密度条件下实现大功率THz辐射。

基于微机电系统(MEMS)技术微加工工艺，提出了一种新型分立倾斜式变形镜(DM)设计，并加工制作了3×4变形镜阵列。该结构每个镜面单元对应一个驱动器，实现了连续面形的分立驱动，并且可有效释放工艺过程中产生的残余应力，从而降低镜面的翘曲。基于弹性理论对该变形镜的电压位移关系以及谐振频率进行了数值计算，并利用有限元软件对其进行了仿真，同时采用光学轮廓仪对样品进行了测试。实验结果表明，所制作的变形镜阵列可实现平移和倾斜运动，在3.75 V电压下可达到0.76 μm的行程，与理论分析和模拟仿真结果一致。与传统分立倾斜式变形镜相比，该新型分立倾斜式变形镜具有较低的驱动电压、较少的驱动器数量，适用于集成度高且与集成电路（IC）单片集成的变形镜设计。