光学延迟线是影响太赫兹时域光谱系统中太赫兹信号准确性、信噪比以及频谱分辨率的关键环节。本文设计了一种由24个转盘反射面（TRS）构成的快速旋转光学延迟线（FRODL）。通过对FRODL工作角度的仿真，得到了其理论延迟时间和理论非线性度。基于FRODL实际耦合过程中耦合功率的波动性大小，确定了FRODL的实际工作区间，并搭建了偏振迈克耳孙干涉系统，对FRODL结构的实际延迟时间进行标定，得到了各转盘反射面工作的实际延迟时间。标定结果显示，FRODL校准前的最大非线性误差为0.094 ps，非线性度为0.215%。通过两次利用三次样条插值，对FRODL实际延迟时间和采样点信号进行匹配，获得了校准后的太赫兹等间隔时域波形。

异形曲面构件在航空、航天、船舶等领域应用广泛，其粘接质量成为影响工作安全的重要因素。太赫兹凭借其独特的物理特性，近乎是对聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)材料粘接质量进行检测的唯一手段。异形曲面构件上下表面曲率不一致，仅以上表面作为基准曲面进行路径规划时，无法对异形曲面构件粘接质量进行准确判断。对此，在下表面固定不同形状的金属片模拟粘接层中的缺陷，分别以异形曲面构件上下表面为基准曲面，采用机器人化太赫兹时域光谱检测系统进行检测。对上下表面 2个基准曲面的太赫兹成像结果进行对比分析，结果表明，以下表面为基准曲面进行检测时，区域Ⅱ、Ⅲ处信号信噪比，较上表面为基准曲面检测时提高 12.09 dB、10.39 dB；区域 Ⅱ、 Ⅲ处金属片实际检测面积与理论面积比值，较上表面为基准曲面检测时提高 55.97%、 80.81%，更好地满足了异形曲面构件的检测要求。这项工作将促进太赫兹成像在实践中的应用，并为相关领域的进一步研究提供支撑。

玻璃纤维增强复合材料作为新型的先进复合材料, 具有质量轻、 耐高温、 耐冲击等特有的优点被广泛地应用在航空**等领域。 然而, 在其生产过程中由于制作工艺的影响, 使其内部容易产生分层和夹杂等微小缺陷； 另一方面, 此类复合材料在其生命周期内, 由于外界因素如冲击力、 高温等干扰, 使得材料表面和内部发生灼痕和脱粘等缺陷。 缺陷的存在使得作为结构件的玻璃纤维增强复合材料的安全系数降低, 因此有必要对材料内部的缺陷进行检测。 太赫兹时域光谱技术得益于太赫兹波段的独有优势, 作为传统无损检测方式的有效补充, 以其瞬态性、 低能性以及指纹谱性近年来被广泛地应用在复合材料无损检测领域, 可以有效地对缺陷进行无损检测。 通过检测结果对玻璃纤维增强复合材料的性能进行评估, 然而利用太赫兹时域光谱技术对缺陷检测分析时, 发现对缺陷进行层析成像过程有一些随时间扩散的条纹, 条纹的存在掩盖了缺陷的形状, 对缺陷的清晰识别产生影响, 进一步导致对缺陷的漏判和误判。 现阶段, 对于缺陷层析成像时条纹出现的原因在理论上的分析鲜有研究, 该研究提出了应用时域有限差分技术建模分析太赫兹波与玻璃纤维增强复合材料的相互作用机理。 建立在0.2～1.5 THz频段范围内的反射式数值模型, 通过数值模拟实现了对玻璃纤维增强复合材料内部1、 3以及5 mm深度处的缺陷成像, 并且发现, 当太赫兹波垂直入射到玻璃纤维复合材料表面时, 每一深度处的缺陷均可清晰成像, 当太赫兹波以1°倾斜角入射到玻璃纤维增强复合材料表面以及玻璃纤维增强复合材料上下表面存在2°倾斜时, 材料内部每一深度处的缺陷成像中均出现了交替变化的条纹, 验证了出现条纹的原因是由干涉现象引起的。

为探究有机硅胶黏结剂的受力特性，提出了一种基于太赫兹时域光谱特征进行无损表征的方法，利用太赫兹时域透射光谱对有机硅胶胶膜的应力光学系数进行表征，分别以胶膜折射率及时域光谱相位延迟作为参量开展了实验研究，两种方法获得的应力光学系数均为0.18 MPa^-1。利用反射式太赫兹时域光谱系统对不同受力状态下的有机硅胶胶膜进行实验研究，分别给出了胶膜厚度为2 mm和3 mm条件下太赫兹时域光谱延迟时间差与拉应力的变化关系，实验结果与理论规律相一致。研究结果表明，太赫兹时域光谱可有效地对有机硅胶等粘接材料的受力特性进行定量化表征，从而为胶接结构在受力状态下的粘接强度的评估提供一种新的方式。

利用太赫兹时域光谱技术对不同煤灰分含量的光谱进行分析，发现在0.5~3 THz频段内，随着煤灰分含量的增加，其折射率会逐步提高，吸收效应也会逐步增强；考虑到煤样品厚度对光谱的影响，提出一种基于厚度校正的吸收系数特征提取方法，提高了低灰分煤样品吸收曲线的数据区分度；利用双通道卷积神经网络提取折射率和吸收系数特征，建立了煤灰分预测模型。实验结果显示，训练集的拟合度为R2=98.21%，预测精度E_RMS=0.1442，而预测集的R2=93.56%，E_RMS=0.2037，均优于传统PLSR、BP和LSSVM等方法。可见，所提方法在解决选煤厂煤灰分检测问题上具有较好的表现，为选煤厂提供了一种新的技术路径。

电力绝缘子具有机械强度高、表面不易发生裂缝、老化速度慢等功能，在电力领域具有广泛应用。为了研究电力绝缘子层间气隙，构建了具有三层电力绝缘子的太赫兹（THz）波反射传播模型。模拟电力绝缘子层间气隙，制作了橡胶-环氧树脂板层间气隙缺陷样件。对含有层间气隙缺陷的样件的波形进行分析，能够检测厚度为100 μm的层间气隙缺陷，并对层间气隙厚度进行了计算。经数显千分测厚仪验证，THz检测层间气隙厚度的准确率达到95.61%。对缺陷样件进行能量积分成像并采用最大类间方差（Ostu）二值化方法提取气隙缺陷，为了验证THz检测的识别准确度，采用光学三坐标扫描仪对粘接缺陷重构提取缺陷面积，检测准确率达到95.29%。本文研究为电力绝缘子中含有层间气隙缺陷的检测提供了新方法。

太赫兹光电导天线是一种常用的太赫兹源，但光导材料都有很高的折射率，导致其光电转换效率较低，同时由于存在电场的屏蔽效应，太赫兹辐射功率极易饱和，难以提升。基于表面等离子激元理论，采用时域有限差分方法（FDTD）软件计算仿真了太赫兹波通过柱状金属间隙的增强性能，从改变微纳结构着手以改善太赫兹光电导天线把泵浦激光转换为太赫兹波的转换效率。设计的双侧异排列微纳结构透过率达到90.38%，电场强度达到1.02，是单层微纳结构的185.45%。结果表明，当其他条件相同的情况下，单层正三角形排列的圆柱纳米柱优于其他单层结构，双层异排列微纳结构优于单层微纳结构及其他双层结构。

为了克服传统轴棱锥产生太赫兹贝塞尔光束无衍射距离短的局限，设计了一种双锥面轴棱锥结构。基于几何光学理论对双锥面轴棱锥产生太赫兹贝塞尔光束的原理进行了分析，并对太赫兹贝塞尔光束的无衍射特性和双锥面轴棱锥顶点对齐误差对无衍射特性的影响进行了理论和仿真计算分析。同时，采用透射式太赫兹时域光谱系统对双锥面轴棱锥的功能进行了实验验证。仿真和实验结果表明：太赫兹波经过锥面底角为γ₂=20°、γ₁=15°的双锥面轴棱锥后能够产生110 mm无衍射距离的太赫兹贝塞尔光束，相较于传统轴棱锥，无衍射距离增加了82.63 mm；无衍射距离随着锥形底面角度的增加而增大。