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毫米波段自由电子激光器一般简称FEM，是自由电子激光器的一个十分重要的分支。该文对毫米波段自由电子激光器(FEM)及相关技术做了广泛深入的研究。该文通过对毫米波段自由电子激光器的理论和实验研究，取得了一系列具有应用价值的研究成果:1)独立开发了FEM放大器计算机模拟软件，该软件可在微机上运行，具有操作简单、使用方便等特点，能够对相关器件进行辅助设计;2)对3mm波段圆柱波导FEM放大器作了比较详细的数值分析。研究了电子注发射度和空间电荷波的影响，以及直流引导磁场和变参数摇摆器的作用;3)创新性地提出在FEM放大器中使用圆开槽波导结构，并详细地进行了理论和数值分析;4)提出了两种用于新一代雷达的FEM放大器方案，约出了主要参数及性能指标;5)开发了波束分裂模拟程序，可以辅助设计注波分离器、多窗输出器等器件;6)三反射镜谐振腔Smith-PurcellFEM方案取得了重要的实验进展，为发展新型FEM奠定了良好的基础。