В представленій дисертації для формування потужних мультигармонічних електромагнітних хвиль запропоновано використовувати режими роботи двопотокових супергетеродинних лазерах на вільних електронах (СЛВЕ), у яких частота першої гармоніки хвилі просторового заряду набагато менша за критичну частоту двопотокової нестійкості. Проведено амплітудний, фазовий і спектральний аналіз процесів, що проходять під час формування ультракоротких електромагнітних кластерів у таких пристроях. Показано, що двопотокові СЛВЕ
з енергіями пучків ~3,ЗМеВ здатні формувати ультракороткі електромагнітні кластери тривалістю ~40 фс. Запропоновано концепцію плазмово-пучкового
СЛВЕ Н-убітронного типу, які можуть працювати в режимах формування потужних мультигармонічних хвиль у мм-субмм діапазоні. Показано, що для його реалізації достатньо використовувати монохроматичні системи накачки. Побудовано самоузгоджені кубічно-нелінійні теорії параметрично-резонансних взаємодій електромагнітних хвиль у плазмово-пучковому СЛВЕ доплертронного типу й електронно-хвильових СЛВЕ. Показано, що ці системи можуть працювати як високоефективні підсилювачі потужності в мм-субмм і субмм-ІЧ діапазонах хвиль відповідно з високим рівнем монохроматичності.