高性能实用化辐射源是太赫兹应用的关键器件, 利用周期结构电磁色散中的止带区域具有耦合阻抗高的特点, 电子注和电磁波能够高效互作用, 可以实现大功率太赫兹振荡器。带边振荡器(BO)相比于传统的返波振荡器(BWO), 可以实现大功率输出, 在 W波段能达到百瓦量级, 太赫兹波段能达到瓦级; 采用周期永磁聚焦系统, 可以实现小体积轻质量; 慢波结构尺寸短, 结构简单; 成本低, 具有批量生产能力。本文提出可构建 3π止带的交错子周期折叠波导慢波结构 (FWG SWS)和双频双模双向带边振荡器工作机理, 采用皮尔斯双阳极电子枪、周期永磁聚焦系统、金刚石输能窗以及高效率收集极, 设计和研发了频率在 100 GHz以上的几种带边振荡器, 实现了 100 GHz频段 140 W的功率输出, 120 GHz频段实现了 30 W的功率输出, 在 300 GHz实现了 1W以上的功率输出。

太赫兹波因其具有电子学与光子学的特性，所以在深空探测、无损检测、通信及安检等领域有巨大应用潜力。近些年，太赫兹技术的迅猛发展离不开太赫兹真空电子器件的不断进步。由于尺寸共度效应及电子束发射性能的限制，这类器件在迈向更高频段过程中遇到了不小的困难。针对这些问题，研究人员通过改良高频结构、控制加工精度、制备更优性能的材料、更精准的计算手段等一系列措施进行解决。本文介绍几种主流小型化太赫兹器件研究过程中的解决方案及最新进展，最后根据现阶段发展情况总结未来可能会遇到的问题及解决方法。

采用真空电子束蒸发技术及后续热氧化技术,在玻璃基底上制备了不同厚度的金属铜薄膜。采用X射线衍射、X射线光电子能谱分别表征了所制备的金属铜薄膜的晶体结构和元素组成。采用紫外-可见-近红外分光光度计及拉曼光谱仪分别分析了所制备的金属铜薄膜的吸收谱和表面增强拉曼光谱(SERS)活性。随着膜厚的增加,退火后的薄膜样品由非晶态转变为(111)面择优生长的多晶态,且其吸收边发生红移。当退火温度为200 ℃、退火时间为60 min时,能够获得单一相的纳米氧化亚铜(Cu₂O)薄膜。薄膜样品SERS活性随纳米Cu₂O薄膜吸光度的增大而增强。

场致发射阴极作为重要的电子源之一，在真空电子器件的发展进程中扮演了重要的角色。在与固态器件的竞争中，真空电子器件朝大功率高频方向持续发展，场致发射阴极的应用使其在器件尺寸、可靠性、功耗和工作频率等方面具备了较大的改进空间。本文综述了近年来大电流场致发射阴极技术进展，特别介绍了碳纳米管场致发射阴极的发展。试验表明在直流测试条件下，该类型场致发射阴极发射电流密度已可达到A/cm² 量级，且可以实现长寿命高稳定发射，未来在场致发射阴极微波放大器、自由电子激光器和新型中子源等方面将有广泛的应用前景。

利用理论分析和仿真模拟相结合的方法对带状电子注的产生进行了系统的研究,并提出了一种带状注电子枪的设计方法.首先通过理论分析,提出了一种计算带状注电子枪结构参数的迭代算法,即根据注电压、注电流、电子注注腰处半厚度、阴极半厚度和阴极宽度,计算出带状注电子枪的阴极柱面半径、阴阳极间距、阳极柱面半径和射程等主要参数；在此基础上,通过仿真模拟,为毫米波真空电子器件设计了一种带状注电子枪.

基于“强光一号”装置设计了1 m长、2 cm阴阳极间隙的同轴型磁绝缘传输线(MITL)实验平台, 实验研究了负载阻值0, 2.07, 4.12和5.68 Ω条件下该MITL沿线电流损失特性。实验结果显示: 满足磁绝缘准则条件下, 该MITL沿线电流损失主要发生在阻抗剧变区域; 2.07 Ω负载阻值条件下, 传输于阴阳极间隙的真空电子流可达传输线电流的17.4%, 并且其比例随着负载阻值的增大而不断增大。基于空间电子流理论, 对上述实验现象进行了定性的机理分析与解释。

研制了一种用于磁绝缘传输线(MITL)实验的分压器型大功率水电阻负载，其阻值可在2.0~14.0 Ω变化。利用MATLAB系统辨识工具箱和ANSYS电磁分析模块,分别获取了分压器的系统传递函数和沿面电场分布，给出了其幅频响应特性和沿面闪络可靠性分析,负载设计充分考虑了集肤效应和温升的影响。该负载已用于强光一号1.0 m长MITL特性研究实验，并获得了较好的测量波形，在负载阻值2.1 Ω条件下，负载峰值电压为1.2 MV，峰值电流为494.4 kA，峰值时间约125 ns。将实验测量结果同TLCODE计算结果进行了对比，获得了较为一致的对比结果。

采用超高真空电子束蒸发制备了一维紫外、可见光波段光子晶体.研究了在石英衬底上不同周期Ag/SiO2体系对光子带隙的影响.带隙位置与理论计算结果符合.发现二氧化硅层的厚度对带隙位置和银层的透过率有较大影响,厚度的增加降低了反射率,从而使光子带隙更加明显,当厚度达到12层时观察到清晰的光子带隙.