太赫兹科学技术作为一个新兴学科,自诞生以来由于其广阔的应用前景受到了普遍的重视,发展形势迅猛。太赫兹源作为太赫兹技术发展的基础,一直被人们看作是太赫兹科学技术发展前进过程中的重点和难点。而回旋行波管作为一种基于电子回旋脉塞效应的电真空放大器,由于其在毫米波乃至太赫兹频段大功率、宽频带、高效率的输出特性,近些年已成为国内外的研究热点。当器件的工作频率较高时,为了解决尺寸共渡效应以及功率容量问题,往往需要使用高次模作为工作模式,这就引入了模式竞争问题。在太赫兹频段由于器件的结构尺寸较小,竞争模式更加难以得到抑制。所以,研究一种具有模式选择特性且适用于太赫兹频段的互作用结构成为当务之急。共焦波导是一种横向开敞的结构,由于衍射损耗的存在使其具有模式选择特性,这种模式选择特性可以被用来解决模式竞争问题。本论文以基于共焦波导结构的太赫兹回旋行波管为研究对象,主要研究工作如下：分析了共焦波导结构中的电磁模式以及不同模式的衍射损耗,总结了选择工作模式时需要重点考虑的一些因素。阐述了电子回旋脉塞的基本原理,对回旋行波管的单粒子理论进行了详细的推导,国内首次将单粒子理论用于分析共焦波导回旋行波管注-波互作用的非线性过程,分析了0.14THz共焦波导回旋行波管注-波互作用的饱和效应以及起始损耗；各工作参数对输出功率的影响；电子束速度离散以及波导损耗对注-波互作用的影响；分析了由绝对不稳定性产生的寄生振荡；最后计算了用于抑制寄生振荡的多段式互作用结构的输出特性.使用三维仿真软件对0.14THz共焦波导回旋行波管的各关键部件进行了模拟优化设计,包括磁场线圈,高频互作用结构,双阳极磁控注入电子枪,输入输出结构。PIC模拟结果显示注-波互作用输出功率达到4.25kW,增益36dB,3dB带宽4.5GHz,器件工作稳定。使用单粒子理论对PIC模拟的模型进行了数值计算,计算结果与PIC模拟结果比较吻合,验证了理论的正确性。优化设计并研制了0.14THz共焦波导回旋行波管,开展了初步的实验研究,这是国内首次开展相关实验,实验中观测到了经放大后的太赫兹信号输出,验证了设计的正确性。详细阐述了一种基于高斯光学的准光注入结构的相关理论和设计过程,首次对工作在0.4THz的此种结构进行了探索和设计,设计结果显示最大信号输入效率为64%,效率大于50%的带宽大于15GHz,3dB带宽大于30GHz,相比相同频率下常规输入耦合结构的3dB带宽10GHz,工作带宽提升了20GHz,解决了共焦波导回旋行波管中由信号输入结构造成的工作带宽损失问题。