太赫兹(THz)技术是目前真空电子器件领域比较热门的研究之一，它在物理、化学、国防安全、通讯科学技术等方面拥有重要的地位和巨大的研究潜力。太赫兹技术发展的重要环节为THz辐射源，而缺乏高效、稳定的THz辐射源制约了太赫兹技术的发展。真空太赫兹源具有高功率、宽频带、体积小等优势成为THz源研究的重点。太赫兹行波管目前发展还不成熟，随着工作频率的升高，其面临输出功率低、模式竞争激烈等问题，因此探索新的互作用机制有助于解决上述问题。矩形栅慢波结构和折叠波导慢波结构是两种应用较广泛的慢波结构，均具有结构简单、散热好、输入/输出易匹配等优点，在太赫兹波段具有很大的研究价值和可观的研究前景。光子晶体是一种新型的人工材料，具有频率选择的特点，将光子晶体结构与两种慢波结构相结合，可以解决行波管在THz波段发展过程中存在的诸多问题。　　本文首先对二维金属和介质光子晶体的带结构进行理论分析，然后对矩形单栅、矩形双栅和交错双栅慢波结构的冷特性进行数值仿真，并对光子晶体折叠波导慢波结构进行仿真计算，最后对太赫兹光子晶体折叠波导行波管的高频系统进行初步设计，得到中心频率225GHz，输出功率5.48W，增益大于30dB的结果。本论文完成的主要工作如下:　　1.介绍光子晶体的特点，以及对光子晶体在太赫兹真空电子器件中的应用进行归纳。　　2.对二维介质光子晶体和二维金属光子晶体的禁带结构进行理论分析和仿真模拟。运用平面波展开法，从麦克斯韦方程组和Bloch原理出发，推出二维介质光子晶体禁带结构的本征方程，求解其本征值，采用Matlab对该方程组进行计算，得到二维介质光子晶体的禁带结构;运用传输矩阵法，将麦克斯韦方程组和二分量波函数结合得到二维金属光子晶体的特征矩阵，采用软件Matlab求解特征矩阵，得到二维金属光子晶体的禁带结构。最后将理论计算的结果与软件COMSOL和CST MWS的仿真结果进行对比。　　3.对光子晶体加载矩形单栅慢波结构进行理论分析和数值模拟。改变光子晶体的相关参数如晶体柱与栅的距离、晶格常数以及晶体柱半径，分析这些参数对色散特性和耦合阻抗等高频特性的影响。分别将光子晶体加载的矩形单栅、矩形双栅、交错双栅慢波结构的冷特性与相同结构尺寸的传统慢波结构进行比较，为今后有关光子晶体类矩形栅慢波结构的研究提供了良好的依据。　　4.对太赫兹波段三级级联光子晶体折叠波导慢波结构(Photonic Crystal Folded waveguide Slow-wave Structure，简记为PhC-FW-SWS)进行仿真模拟、数值计算。通过电磁仿真软件CST计算慢波结构的色散特性和耦合阻抗，根据工作频率确定用于加载该慢波结构的光子晶体的结构和参数尺寸。讨论电子注通道半径和金属板厚度对冷特性的影响;设计两种低反射的输入/输出耦合装置，减小输入输出反射系数;采用三级级联的方式，提高行波管的增益;通过切断处加入楔形衰减器和采用光子晶体加载慢波结构的方式，提高了行波管的工作稳定性。　　5.利用仿真软件CST Particle Studio的PIC求解器模拟仿真了带有圆形电子注的PhC-FW-SWS的注-波互作用过程，研究表明:在工作电压为13kV，工作电流为56mA，输入信号功率为5mW时，在中心工作频率225GHz处，输出功率为5.84W，增益高于30dB。与相同结构尺寸的传统折叠波导慢波结构(Folded waveguide Slow-wave Structure，简记为FW-SWS)相比较，结果表明:PhC-FW-SWS的频带更宽、色散曲线相对平滑，但耦合阻抗相差不大;在工作电压、工作电流、输入功率均相同的情况下，与FW-SWS相比，PhC-FW-SWS的输出功率更高、增益更大，稳定性更好。　　将太赫兹波段的矩形栅类慢波结构、折叠波导慢波结构与光子晶体相结合，使所需模式的工作频率处于光子晶体的第一宽禁带内，所需模式以外的电磁波处于光子晶体的通带范围内，可使慢波结构工作在单一模式下;并用光子晶体层替代金属壁，使杂模尽可能地通过光子晶体层传输出去，能够有效地提高行波管的稳定性。