近年来,太赫兹波由于其特殊的物理和光学特性,如对常见材料的高穿透性、低光子能量、特殊的指纹图谱、以及强烈的水汽吸收等,在物质检测、无损检测、环境监测、医学研究、天文观测、安全检查、卫星通讯、雷达成像等诸多领域有着广泛的应用价值。随着超快激光技术和太赫兹科学技术的飞速发展,越来越多的高能量、宽频谱太赫兹波产生和探测方法已经被报道。其中太赫兹气体光子学方法,由于其极高的太赫兹波辐射强度和超宽的频谱宽度,有着其他方法难以比拟的优势。本论文围绕太赫兹气体光子学,主要研究了飞秒激光诱导气体等离子体产生与探测太赫兹波的方法与物理过程。本论文主要研究内容可以概括为下面四个部分:(1)系统研究了气体等离子体瞬态光电流模型,并将其拓展到外加磁场情况下。在双色激光场产生太赫兹波的基础上,提出了一种磁化等离子体产生偏振可调太赫兹波的方案。从理论上论述了太赫兹波从线性偏振变为椭圆或圆偏振的物理过程,并设计了相应的实验方案。该方案使用一个电容器-线圈靶器件,通过调节磁场泵浦激光的强度可以连续调节等离子体处磁场大小,接着达到连续调制太赫兹辐射的偏振的目的。而且该方案产生的偏振可调太赫兹波是宽频的,对于宽频圆偏和椭偏太赫兹波相关领域有着极高的应用价值。(2)研究了不同探测能量下,单色飞秒激光诱导气体等离子体来探测太赫兹波的过程。单色激光在低探测能量的情况下,探测到的二倍频信号强度波形是单极性的,丢失了太赫兹波的相位信息,为非相干探测。因此,本文提出了一种简易的单色激光相干探测方案,能在低探测能量情形下实现相干探测,且无需外加高压偏置,避免了施加高压带来的安全隐患。在详细理论论证的同时,我们在实验中验证了该方案的可行性,实验结果与仿真具有很好的一致性。(3)将光电流模型拓展到不同频率比的双色光探测太赫兹波的过程中,并系统研究了非常规频率比的双色激光诱导气体等离子体来相干探测太赫兹波的物理过程。经过理论计算,发现探测双色光频率比为ω2/ω1=2n和n+1/2(n为正实数)这两个系列时,能够实现对太赫兹波高效稳定的相干探测。此外,本文从气体等离子体电子电离和离化电子加速的角度分析了不同频率比双色激光探测物理过程的区别,发现双色光频率比ω2/ω1=2n,n+1/2同时加剧了气体等离子体电子电离和离化电子加速运动的非对称性。不仅如此,在这两个频率比系列下,太赫兹波对等离子体内部振荡光电流的调制效应也明显强于低探测效率的频率比。(4)研究了载波包络相位对少周期飞秒激光的电场波形对称性的影响,并进一步分析了载波包络相位对少周期飞秒激光诱导气体等离子体来探测太赫兹波的影响。存在两个最佳载波包络相位值,使太赫兹波的探测强度最大,探测波形极性相反。基于这一点,本文提出了一种差值式的太赫兹波相干探测方法,将载波包络相位固定在这两个最佳值,将对应的二倍频强度信号做差值,可以在滤除二倍频直流信号同时,得到强度更大的太赫兹波探测信号。该差值式的太赫兹波相干探测方法不仅可以明显抑制载波包络相位抖动引起的相位噪声,还能减小少周期激光的输出能量抖动和外部环境光扰动引起的探测能量噪声。除此之外,对该差值式相干探测方法做出改进,使用双探测能量的方案,可以实现对少周期飞秒激光的载波包络相位的精确测量。