随着对太赫兹领域研究的更加深入,太赫兹诸多独特优点也逐渐被发现,而如何可靠地产生太赫兹辐射是目前太赫兹科学发展与应用所面临的亟待解决的问题。如今,微纳周期结构的加工技术取得了长足的发展,利用电子激励微纳周期结构产生的辐射可覆盖整个太赫兹波段,因此结合微纳周期结构与真空电子学理论来研究太赫兹辐射源是目前极具前景的方向。本文利用匀速运动的自由电子激励微纳结构产生Smith-Purcell(SP)辐射,系统研究了产生高功率、高效率太赫兹辐射的物理机制,主要从以下几个方面探索了微纳结构的太赫兹辐射:1、从匀速运动电子掠过反射式光栅结构着手,根据周期系统各个区间里电磁场的形式,结合边界条件求解色散方程,确定辐射场的解析式,得到电子激励反射式微纳结构产生的SP辐射,SP辐射的能量及频率主要由电子束能量以及光栅周期决定。同时解析了透射光栅结构的辐射场,比较研究了这两种光栅结构的辐射效率以及占空比、深度对辐射的影响。2、当匀速运动电子掠过金属微纳结构时,为了便于边界处的分析,可以将边界等价为电子在以光栅边界为对称面形成的一个等量正电荷。因此可将电子与镜像电荷视为一对振荡的偶极子,其振荡频率主要由电子速率与光栅周期决定,可以通过振荡偶极子产生辐射的理论方法分析电子激励微纳结构产生太赫兹辐射。3、本文提出了一种新的方式来激励孔阵列结构产生SP辐射,即在金属孔阵列的壁上开孔形成电子束通道,电子通过该金属孔阵列结构得到增强型SP辐射,并分析了孔结构对SP辐射的调节作用。4、目前在研究电子束激励微纳结构产生SP辐射的时候主要用到两种分析模型,即倏逝波理论与表面电流模型,通过本文研究发现:这两种分析方法均是可行的,大多数情况下我们利用倏逝波理论来分析SP辐射,而表面电流模型在分析超高能电子束激励微纳结构产生辐射是有效的,最后利用该理论分析了1Gev电子能量激励的SP辐射特性。5、光子晶体是一类具有禁带效应的微纳结构,即能量落在“禁带”区域的光子不能被传播,因此本论文研究了金属类光子晶体的色散曲线,通过理论解析得到金属光子晶体的能带图,讨论光子晶体的相关参数对光子带隙的影响,最后分析了金属光子晶体的SP辐射特性与带隙之间存在的关系。