提出了一种基于T形光栅的新型史密斯-珀塞尔自由电子激光器。并利用理论分析和粒子(Particle-in-Cell,PIC)模拟的方法研究了光栅形状对史密斯-珀塞尔自由电子激光器输出特性的影响。理论分析发现,基于T形光栅的史密斯-珀塞尔自由电子激光器的注-波互作用较强,电子束的群聚特性较强,相应地有较强的注-波转换效率,进而有较高的输出功率。PIC模拟发现,基于T形光栅的史密斯-珀塞尔自由电子激光器能够提高辐射功率。在电子束能量E=50 keV、电子束电流i=10 A、光栅周期D=0.3 mm的情况下:基于T形光栅的史密斯-珀塞尔自由电子激光器可以得到0.753949 THz、峰值输出功率约为2 kW的连续太赫兹辐射;而基于矩形光栅的史密斯-珀塞尔自由电子激光器只能得到0.723397 THz、峰值输出功率约为0.3 kW的连续太赫兹辐射。

基于由计算全息法制作的叉形光栅，研究了平面光束斜入射叉形光栅对涡旋光束特性的影响。从理论上分析平面光束斜入射叉形光栅时，两对称分布涡旋光束间距随平面光与光栅平面的夹角α变化而增大；实验进一步验证了随α角的增大，对称分布的衍射涡旋光束亮斑间距也增大。该研究结果对计算全息法产生高质量涡旋光束的实验有一定的指导意义。

利用惠更斯菲涅耳衍射积分以及叉形光栅的透射率函数，推导出了涡旋光束经叉形光栅衍射后的解析表达式。详细研究了涡旋光束通过携带拓扑电荷数l的叉形光栅后的光强分布和拓扑电荷数。结果表明，中心零级光斑和入射涡旋光束的拓扑电荷数m相同；随着衍射级数n的变化，衍射光斑的拓扑电荷数变为nl+m。当满足nl+m=0时，该n级光斑中心为平面波形的亮斑，在此光斑两侧随着衍射级数的改变，衍射光斑的空心半径逐渐增大。根据平面波光斑所在位置的级数n以及叉形光栅携带的拓扑电荷数l，由nl+m=0可确定入射涡旋光束的拓扑电荷数m。将计算结果与实验结果做了比较，发现两者基本吻合。