基于自由电子激光的方法不仅可以产生波长连续可调的远红外激光辐射，频率可以覆盖0.1THz-10THz频段，甚至更广，而且激光辐射功率高，有着其他激光器无法比拟的优势。光学谐振腔部分是这一类型激光器的关键部件之一，光场与电子束团的相互作用，光场的产生和演化都是在光学谐振腔内进行的。为实现自由电子激光的快速饱和，波导约束的光腔结构应具有低损耗，高增益的特点，因此必须对波导约束下的光腔结构进行优化设计和分析。　　本文研究了自由电子激光的理论基础，了解了光腔参数对自由电子激光光源性能的影响。基于对国外自由电子激光装置的参照，给出了光学谐振腔的初步结构。对波导约束下光腔结构进行理论分析，给出光腔腔长、束腰尺寸、瑞利长度、反射镜参数等的初步设计。基于这些理论知识和初步设计，对光腔的物理结构，能量传输，反射镜尺寸进行优化设计和分析，给出了最佳的参数，还利用国家同步辐射实验室红外工作站进行了反射镜材料反射率的测试实验，选取了理想的反射镜材料。最后利用FELO仿真软件分析了腔长失谐量和腔镜曲率半径变化对辐射性能的影响。