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由于太赫兹光谱区具有独特的光学特性,近三十年来引起了人们极大的关注。在诸多的太赫兹光学技术中,宽带太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)最为重要和常用。在该技术中,常见的太赫兹产生方法有光电导开关法和电光晶体光整流法,常见的太赫兹探测方法有光电导开关法和电光取样法。其中非线性晶体的光整流和电光取样,因其具有响应频谱宽、结构简单和操作方便的特点而广为使用。本博士学位论文研究了基于非线性电光晶体光整流产生、电光取样探测的新型太赫兹时域光谱技术的一些理论与实验工作及其应用于太赫兹实时成像和瞬态成像的初步研究,主要包括:1.提出了一种考虑激光为部分偏振光以及偏振器不完全消光的理论模型,并用于分析太赫兹电光取样技术中常见的两种结构:45°光学偏置结构和近0°光学偏置结构,对比了它们在调制度、线性范围及信噪比三方面性能的优缺点。2.提出了一种新型的太赫兹电光取样装置,该装置基于近0°光学偏置并结合了45°光学偏置结构对称性较好的优点:具有较高的光学调制度,同时拥有和45°光学偏置结构相当的线性动态范围,以及比两者更高的消背底噪声能力和信噪比。对该装置的性能进行了理论分析,并分析了装置中的关键器件偏振无关分束器的性能对系统消背底噪声能力及信噪比的影响。3.实验上对比了新型电光取样结构和近0°光学偏置结构的调制度、线性范围及消噪声能力和信噪比,证实了新型电光取样结构在这三方面的性能更加优越:光学调制度达到9.8%,是近0°光学偏置结构调制度的近2倍;线性动态范围也远远大于近0°光学偏置结构;采用20°的偏振无关分束器测量到的可用的太赫兹波形信噪比是近0°光学偏置结构的15.5倍,系统消背底噪声能力是近0°光学偏置结构的34倍,并且此分束器不会对新型电光取样结构的应用范围造成限制。4.将新型太赫兹电光取样结构应用于啁啾脉冲光谱编码的太赫兹单次测量中,提出了一种推挽式啁啾脉冲光谱编码的太赫兹脉冲单次测量系统。理论分析了该测量系统的工作原理,并与X.-C.Zhang等人提出的传统光谱编码方法进行实验对比,验证了该系统能够实现对太赫兹脉冲高调制度、宽线性范围及高信噪比的单次测量。5.提出了一种新型宽带脉冲太赫兹实时差分成像系统,此系统易于实现太赫兹近场成像和偏振成像。该成像系统对二维金属十字进行透射式太赫兹实时成像,在信噪比、线性度和调制度方面明显优于X.-C.Zhang等人提出的传统的太赫兹实时成像系统。同时提出了该系统的近场测量实验系统方案。最后提出了该系统应用于太赫兹瞬态成像的瞬态多幅成像系统的实现方案,详细阐述了该方案的具体实施细节,并对最终成像结果进行了仿真模拟。