回旋振荡管是一种重要的新型毫米波、亚毫米波源,具有高效率、高功率等特点。它在受控热核聚变、核磁共振（NMR）、材料处理等方面有着广阔的应用前景。其中核磁共振在物理、化学、生物、医学、地质学和材料等科学领域,具有独特的优点,而动态核极化（DNP）技术通过把大量较高极化的电子自旋传递给原子核自旋,能够极大增强NMR方法的灵敏度,缩短信息获取时间,成为核磁共振波谱学中一种重要的增强手段。随着DNP-NMR实验朝着高磁场方向发展,在辐射源方面,回旋振荡管成为在太赫兹频段可以产生实验所需功率的首选器件,对太赫兹频段DNP-NMR具有重要意义。鉴于太赫兹回旋振荡管的重要性及DNP-NMR系统要求,本文对应用于400MHz DNP-NMR的263GHz回旋振荡管电磁系统中的关键物理问题及技术进行系统研究。本论文主要工作如下:1、分析了回旋振荡管的发展概况及应用、回旋振荡管的结构和工作原理,NMR的工作原理、DNP对NMR的影响及DNP-NMR系统对射频源的要求,并概括出DNP-NMR技术的发展现状和趋势,同时分析了太赫兹DNP-NMR及所需射频源发展中存在的关键问题并给出了可能解决的技术途径。2、整理分析回旋振荡管的线性与非线性理论,利用该理论自主编制了冷腔与非线性计算程序。该单模非线性程序可分析欧姆损耗、磁场不均匀及速度零散等情况,能适用于不同结构的谐振腔体以及不同谐波工作方式。完成了一个263GHz基波TE03模回旋振荡管高频腔体的初步设计,并详细分析了该高频腔体的主要参数对输出功率以及效率的影响。然后,利用电磁仿真软件对设计的高频腔体进行特性参数及热腔模拟分析。最后,系统研究了桶型（barrel）结构高频腔体。计算结果表明采用该结构后可使降低起振电流,提高互作用效率。介绍了利用该数值计算程序在140GHz回旋振荡管的工程验证,热测表明在谐振频率140.2GHz获得了约430kW的输出功率,对应输出效率约为22.6%,3、对所编制数值计算程序的可靠性和采用理论的正确性进行了有效验证。为确保所编制的回旋振荡管冷腔和非线性计算程序的可行性,本文进行了许多验证对比工作。除使用电磁模拟软件对高频谐振腔体计算,还根据公开发表的经典文献给出的谐振腔体设计数据及结果,采用自编软件建模计算,并把两者结果进行比较以验证程序可靠性。4、对短毫米波用准光输出系统的关键技术进行了系统研究,完成了263GHz Vlasov类型准光模式变换器的设计。首先,介绍了准光模式变换器基础理论及分析方法,给出了工作模式为圆电模的回旋振荡管用Vlasov准光模式变换器结构及反射曲面理论。然后,依据几何光学方法和矢量绕射理论,编制出可计算Vlasov和Denisov类型的准光模式变换器的仿真程序。为验证该程序的可靠性与发表文献中报道结果进行模拟对比。最后,研究并设计出一个由Vlasov辐射器、椭圆面反射镜和抛物面反射镜组成的263GHz TE03模回旋振荡管准光模式变换器,获得各反射部分的电场强度分布。5、根据263GHz回旋振荡管高斯模式输出窗要求,优化设计出高斯模式输出窗片的具体参数与尺寸。首先,选择蓝宝石作为输出窗片的材料,依据菲涅尔折射与反射定律进行理论分析确定窗片初始参数。然后,通过分析窗片参数对高斯模式透射率的影响,并利用FEKO软件进行结果验证对比,从而优化确定出263GHz高斯模式蓝宝石输出窗片的主要设计参数。最后,计算了高斯模式输出窗片上的损耗功率面密度分布,并利用热力学有限元分析软件对输出窗进行了稳态热仿真及结构形变分析。此外,根据上述分析理论及方法,设计并研制出140GHz回旋振荡管高斯模式输出窗,经过理论与实验结果的对比,两者有较好的一致性。