近年来,太赫兹（THz）电磁波在医疗生物检测、材料分析、无线通信、大气监测等广泛领域展现出越来越重要的应用前景。THz辐射源是支撑THz技术应用和发展的关键器件。然而,由于THz波处在电子学和光子学的中间地带,基于传统电子学方法和光子学方法的THz源在输出功率、频率、便携性等方面难以满足实用需求。自由电子驱动的电磁辐射源在THz频段可以实现大功率输出,是一类重要的THz源。但是这类装置通常体积庞大、造价高昂。发展小型化的高功率自由电子THz源是当前研究热点之一。衍射辐射是由运动带电粒子在金属或介质突变结构表面激励的感应场产生的,利用金属或介质阵列结构产生的相干衍射辐射是产生THz辐射的有效方式。并且,它要求的电子能量相对较低,为发展便携式高功率THz源的提供了有利条件。本论文基于衍射辐射理论,提出并研究了几类利用电子束激励谐振单元阵列产生的相干THz衍射辐射,包括相干Smith-Purcell辐射和相干Cherenkov衍射辐射,为发展新型自由电子THz源提供参考。主要工作概括如下:1)研究了一种利用电子束平行激励由耦合槽结构形成的类Fabry-Pérot谐振模式而产生的相干增强辐射。这种耦合槽谐振模式与现有文献中基于高深宽比单槽结构的谐振模式相比不仅降低了加工难度,还具有更高的储存能量、更高的品质因数,提高了辐射功率。利用电子束激励周期排列的耦合槽谐振模式阵列实现了相干Smith-Purcell辐射,辐射强度比普通衍射光栅产生的Smith-Purcell辐射强度高出一个数量级以上。此外,基于超材料在THz频段表现的表面等离子体特性,本文研究了考虑表面等离子体条件下超材料亚波长孔结构在THz频段的谐振模式特性。进一步,利用电子束激励周期排列的表面等离子体谐振模式阵列和亚波长孔阵列产生叠加的相干Smith-Purcell辐射。相比不考虑表面等离子体的完全纯导体（PEC）亚波长孔阵列结构,考虑表面等离子体的超材料亚波长孔阵列可以将相干THz辐射强度提高一个量级。2)为了进一步提高辐射强度,本文提出并研究了利用大尺寸扁平电子束倾斜激励耦合槽谐振模式阵列产生相干增强Smith-Purcell辐射。它克服了电子束自身凋落场衰减长度的限制,提高了低能量电子束的利用率。相比平行激励的情形,倾斜激励可以使辐射强度提高接近一个量级。并且,本文通过理论和仿真证明,在这一模型中相干Smith-Purcell辐射（即衍射辐射）占主导,而非一般认为的电子束撞击周期光栅结构产生的相干渡越辐射占主导。3)本文提出并研究了利用片状电子束激励倾斜排列的矩形槽阵列产生的一种特殊的衍射辐射。与Smith-Purcell辐射不同,这种衍射辐射是通过Cherenkov效应产生的。它又与在介质中产生的传统Cherenkov不同:它是一种衍射辐射,即Cherenkov衍射辐射。对于Cherenkov衍射辐射,阵列结构不要求是周期排列的,并且,阵列中的辐射单元也不要求是均匀的,明显区别于Smith-Purcell辐射。本文利用渐变（非均匀）的辐射单元阵列得到了单脉冲的宽谱THz辐射。进一步通过利用片状电子束相继激励多列辐射单元阵列,实现了多脉冲THz辐射,提高了辐射强度。4)为了得到高功率的THz辐射,提出利用周期电子束团激励谐振单元阵列产生相干THz辐射。在台湾“清华大学”光学平台上设计并实现了用于激励光阴极产生周期电子束团串的激光脉冲串光路。设计了光阴极直流电子枪结构;搭建了用于探测THz辐射的迈克尔逊干涉光路;设计加工了工作频率约0.42THz的耦合槽谐振单元阵列;在上海交通大学直流电子枪的基础上得到了扁平电子束,并利用它激励耦合槽谐振单元阵列,实验实现了增强的相干THz辐射。本文研究将为高功率、小型化太赫兹源的发展提供理论和实验参考。