不同波段的电磁波在人类的生活生产中有着广泛的运用,诸如微波通讯、红外监控、X光成像等。太赫兹辐射(Terahertz Radiation)位于微波与红外之间,具有瞬态、低能、穿透、相干、指纹谱识别等特点,在生物医药、半导体、安检、国防军事、信息与通讯技术、地球与空间科学、基础科学等领域有着巨大的开发价值和运用潜力。作为电磁波中的研究空白,太赫兹技术还未得到大规模应用。太赫兹时域光谱系统(Terahertz-Time Domain Spectroscopy,THz-TDS)包含了太赫兹辐射的产生、传输、探测和采集,是研究太赫兹辐射物理性质和运用开发的基础平台。太赫兹脉冲的产生与探测方式主要包括光电导天线辐射与采样、基于非线性晶体的光整流与电光采样、基于空气等离子体的太赫兹辐射与探测。不同原理产生和探测的太赫兹波在功率、带宽、信噪比、动态范围以及偏振等方面具有较大的差异,在具体的样品测试和运用开发上也各有优缺点。本文基于后两种辐射与探测原理,通过具体的实验和理论分析THz-TDS中太赫兹波产生与探测的影响因素,并模拟了太赫兹波在THz-TDS中传输变换的基本规律以及在粗糙表面的反射原理。具体研究内容如下:(1)搭建基于非线性晶体光整流与电光采样的THz-TDS系统;搭建基于瞬态光电流的全空气等离子体THz-TDS系统;获取两者的太赫兹信号,比较在辐射机制、探测原理、信号特点、系统组成以及搭建过程中一些具体细节的差异。(2)结合实验与理论分析泵浦光脉冲参数、探测光参数、非线性晶体、调制频率与其他主要光学元件对光整流-电光采样THz-TDS系统太赫兹信号的影响。(3)结合实验与理论分析泵浦光脉冲参数、探测光参数、倍频晶体、偏置电压、探测器参数与其他主要光学元件对全空气等离子体THz-TDS系统太赫兹信号的具体影响。(4)基于高斯波束与ABCD传输矩阵原理,模拟分析在不同产生和探测方式的THz-TDS系统中,太赫兹波束辐射、准直、聚焦的基本规律,优化太赫兹信号的质量。(5)通过引入瑞利散射因子并利用基尔霍夫(Kirchhoff)散射理论对菲涅尔公式进行修正,模拟太赫兹波入射到粗糙表面时,太赫兹波中TE波和TM波的反射系数对不同入射角和入射波频率的依赖关系。