太赫兹辐射的产生和应用正在加速相关领域科学研究的发展,其为探测和控制固体中的准粒子和集体激发,驱动相变和材料性质的相关变化,以及研究分子系统中的旋转和振动提供了新的工具。其中,超快强场太赫兹光源的出现打开了通往控制反应和过程的大门。这种太赫兹脉冲可以驱动物质的新动态状态,表现出与平衡状态完全不同的性质。同时,量子系统的相干控制和磁化介质研究对太赫兹光源的先进性能提出了新的要求。发展具有频率啁啾、携带轨道角动量等性能的太赫兹光源将促进相关研究的开拓与创新。基于电子储存环的太赫兹同步辐射源具有高功率、高重复频率以及全谱覆盖的明显优势,其在发展成为面向相关学科的太赫兹光子科学综合研究平台方面具有巨大潜力。自由电子激光领域的激光电子相互作用操纵技术为基于储存环的先进太赫兹同步辐射源带来了新的可能性,而且与外部激光的高精度同步性能为相关实验方法学的发展奠定了基础。本论文基于激光电子相互作用,开展了针对先进性能太赫兹同步辐射源辐射机理的探索,结合理论计算和数值模拟,提出了三种独特性能的太赫兹辐射源:频率啁啾可操控,超短脉冲强场辐射,和携带轨道角动量的涡旋光。对于频率啁啾可控太赫兹辐射,本文提出了一种激光整形方法,对激光强度包络进行啁啾控制,并通过激光电子相互作用,将该包络转移到电子束纵向分布上,进而实现了太赫兹同步辐射的频率啁啾操控。论文还分析、模拟了这种电子束的辐射过程,讨论了其在引出过程中如何保持啁啾相位。对于超短脉冲强场太赫兹辐射,本文首先提出了一种对能量啁啾电子束的两次能量调制方案,利用中心波长一样的两束种子激光依次对电子束进行调制能够得到间隔啁啾变化的电子束,并在基于滑移驱动的辐射方式下得到超短太赫兹辐射;为提升可行性并能有利于兼容聚焦结构较为复杂的电子储存环,进一步提出了一种采用了外部激光直接单次调制的方案;本文还给出了一种极化可控的纵向渐变波荡器的设计,有望实现对超短脉冲强场太赫兹辐射自旋角动量的控制;此外,本文发展了基于矢量衍射积分的数值模拟方法,实现了超短太赫兹脉冲在聚焦过程的完整时空描述。对于携带轨道角动量的太赫兹涡旋光,本文首先提出了一种利用螺旋波荡器谐波的调制方法,通过两次谐波共振的激光调制产生了螺旋微群聚电子束;并以此为基础,进一步提出了一种通过外部的涡旋整形激光单次调制方法,极大地扩展了轨道角动量拓扑荷数的调节范围;本文还针对这种螺旋群聚电子束在弯铁辐射,渡越辐射和波荡器辐射中的辐射特性进行了分析和讨论。事实上,这几种先进太赫兹辐射方案具有相似的特点。它们都可以通过外部激光整形光路系统在激光电子相互耦合下实现对电子束的操纵。对于啁啾太赫兹辐射和超短强场太赫兹辐射方案,这是一种对电子束的纵向操控;而对于太赫兹涡旋光方案,则从纵向扩展到了横向。这些方案的模块化实现,对已经具有激光调制系统的加速器装置开展相关实验演示研究工作具有借鉴和指导意义。我们期望这种基于对电子束进行三维操控的太赫兹辐射源将通过技术实践为太赫兹光子科学的发展提供新工具,带来新机遇。