太赫兹（Terahertz）科学技术以其独特的性质和广阔的应用前景,成为当前各国力争的科技制高点。近年来,太赫兹科学技术迅猛发展,在生物医疗成像、高分辨率雷达、材料无损检测和无线通信等方面得到广泛应用。作为太赫兹频段高效且稳定的辐射源,高功率太赫兹回旋管更是得到广泛研究。一直以来,各国科学家都致力于把回旋管向着更高输出功率和效率以及更高工作频率的方向发展,这也使得回旋管的工作模式需要选取为高阶模式。虽然这些高阶模式的欧姆损耗低,能够大大增加了谐振腔的功率容量,但是高阶模式对于太赫兹波的远距离传输与应用非常不便,因此需要使用准光模式变换器将回旋管的高阶输出模式转变为聚束性良好的高斯波束。作为回旋管的输出系统,准光模式变换器的设计对于整管的输出性能起着十分关键的作用,所以准光模式变换器的研究对于回旋管的研制有着极其重要的意义。本学位论文针对0.5THz高功率回旋管,系统地研究了应用于0.5THz-TE8,5模式的准光模式变换器,其中包括了三种不同类型的开口波导辐射器以及准光传输镜面。本学位论文的具体研究内容如下:从时谐Maxwell方程和几何光学理论出发,详细推导了电磁波在圆波导中的传输方程和用于计算辐射场的标量绕射与矢量绕射理论,描述了准光模式变换器中的波束传播过程,并对准光模式变换器的理想输出波束——高斯波束进行了简要研究。1.基于上述理论方法,系统地研究了三种不同的开口波导辐射器:Vlasov型、Denisov型和混合型。详细地分析了每种辐射器的工作原理,并以此分别设计和优化了对应0.5THz-TE8,5模式的三种类型辐射器,使用理论数值计算和软件仿真相结合的方式,验证了设计的准确性。2.应用几何光学基本理论,对准光模式变换器的传输镜面进行分析。根据传输聚束的要求,推导出准椭圆镜和抛物镜两种规则传输镜面的镜面方程,并以此计算了准光模式变换器从辐射器到传输镜面再到输出窗的场辐射;最后使用相位校正原理优化出能够提高输出波束高斯成分的相位校正镜面。本学位论文的研究工作以几何光学理论、标量绕射理论以及矢量绕射理论为基础,编写了Vlasov型、Denisov型和混合型辐射器的数值计算程序,与软件仿真分析相对比,其结果保持高度一致,并由此详细分析了三种类型辐射器各自的特点。同时基于几何光学理论与相位校正原理,设计了准光模式变换器的传输镜面以及相位校正镜面,并编写相应程序完成计算。