设计了D波段直接检波式辐射计前端，主要包括D波段检波器模块、D波段低噪声放大器模块和D波段标准增益喇叭天线.基于商用零偏二极管HSCH-9161研制出D波段检波器，测试结果显示在D波段内，最高灵敏度接近1 600 mV/mW，当频率小于140 GHz时，灵敏度大于400 mV/mW，在大于140 GHz频段内，灵敏度优于120 mV/mW.基于自研D波段低噪声放大器芯片研制出D波段低噪放模块，测试结果显示最大增益为10.8 dB@139 GHz，在137~144 GHz频率范围内，增益大于7.8 dB，输入端回波损耗优于5 dB，输出端回波损耗优于8.5 dB.最终搭建D波段直接检波式辐射计前端进行成像实验验证.

针对星载云雷达对冰云探测可行性分析的需求，分析了非球形冰晶对340 GHz电磁波的单散射特性，基于不同的体积散射模型，研究了非球形冰晶云的回波特性以及94\340 GHz云雷达双波长比，假定冰云垂直分布的情况下，探讨了星载94\340 GHz云雷达双波长比随高度的变化以及可以穿透的冰云厚度。相较于94 GHz及220 GHz，冰晶粒子对340 GHz电磁波的散射能力增强，但是同时云对其的衰减也大大增加，340 GHz的衰减系数约是94 GHz的5～130倍；340 GHz云雷达可以探测浅薄的含水量较小的冰云，基本可以探测云厚2 km、冰水含量在 0.000 1~0.2 g/m³的冰云。含水量较多的厚云由于衰减，造成电磁波穿透能力大大降低，在假定的冰水含量垂直分布下，当最大冰水含量为1 g/m³时，可探测厚约5 km内云厚的40%以上；衰减也造成不同高度上相同滴谱的云有不同的双波长比，冰水含量的大小及垂直分布影响了双波长比的大小及电磁波探测云的厚度。衰减随着冰水含量增大而增大，高频云雷达电磁波衰减大，使得双波长比变大，从而使双波长比和谱的数浓度N₀有关，因此利用双波长比反演时，衰减订正非常重要。

设计了一种多频带可调谐的太赫兹超材料吸收器。在超材料吸收器的结构中，引入光敏半导体硅材料，设计特殊的顶层金属谐振器，分析开口长度、线宽、介质层厚度等参数尺寸对太赫兹超材料吸收器的吸收光谱特性影响。根据光照与光敏半导体硅电导率之间的关系，研究太赫兹超材料吸收器的频率调谐特性。仿真结果得到太赫兹波段的12个吸收频率调制，其中有10处吸收峰的吸收率超过90%近完美吸收，且有6处吸收率达到99%的完美吸收，而且吸收率调制深度和相对带宽分别达到85.9 %和85.5%，具有很强的可调谐特性。设计的光激励太赫兹超材料吸收器结构简单，具有多频带可调谐和完美吸收特性，扩大了吸收器的应用范围。

毫米波多入多出（MIMO）雷达是一种前沿的安检成像技术。然而，由于采用了大量的发射/接收通道，MIMO雷达的成本和复杂度大大高于传统的单通道雷达。为了研制低成本、低复杂度的毫米波MIMO安检成像雷达，引入了双重码分复用技术。该方法可通过单发射/接收通道实现与传统多通道MIMO雷达相似的成像性能，对安检成像领域的发展和应用具有重要意义。此外，设计了基于失配滤波器理论的解复用码，其可在干扰条件下实现最大码分集增益。进行了仿真与实验以验证所提出方法的正确性与有效性，得到了满意的结果。

基于0.22 THz高功率回旋管振荡器设计了频率步进成像雷达，采用收发分开的双卡塞格伦天线，发射信号形式为频率步进脉冲信号，回旋管频率调节通过调整回旋管电子束电压或者超导磁场强度来实现。给出了成像雷达设计方案，对雷达最大作用距离和步进频率雷达系统高分辨一维距离像进行了分析，开展了ISAR成像仿真。理论计算和仿真结果表明，该雷达对于散射面积为0.01 m²的目标探测距离可达到1.982 km，可分辨500 m处间距2 cm的点目标。该雷达可对低高度小目标进行高精度探测，比如对可携带**和危险物质的无人机进行高精度探测与目标识别。

介绍了基于反向并联肖特基二极管的宽带低驱动功率太赫兹四次谐波混频器。详细地分析了二极管寄生参量与混频器性能间的关系。为了降低四次谐波混频器的最佳本振功率，对肖特基二极管的主要参数进行了优化。实际测试结果显示，在 7 mW 的最佳本振功率驱动下，该四次谐波混频器在 340~490 GHz的宽带内，变频损耗在 14.2~20 dB 之间。同时，该频段内的混频器噪声温度为 4020~17100 K。

乳腺癌是女性常见癌症之一，乳腺癌区域的精准检测对乳腺癌的治疗有至关重要的作用。本文采用频率为2.52THz的连续太赫兹波反射式成像系统，对小鼠在体皮下乳腺癌模型进行了太赫兹波成像检测。研究结果表明，太赫兹波成像可以清晰识别出乳腺癌区域，且与肉眼可见肿瘤区域一致。在体乳腺癌区域的太赫兹波相对反射率高于正常组织，两者相对反射率差值高达15%。进一步，对距离皮肤表面不同深度的离体乳腺癌组织进行切片和苏木精-伊红（H&E）染色，作为金标准对照。结果发现乳腺癌区域的面积随着距离皮肤表面深度的增加而增大。通过将太赫兹波成像与H&E染色结果对比可知，在距离皮肤表面约460μm处，太赫兹波图像和H&E染色图中的肿瘤区域面积相等。由此可知，太赫兹波对在体皮下乳腺癌的探测深度大约在460μm左右，太赫兹波有望实现深部肿瘤的检测。

研究并设计了一种具有宽频带工作能力的太赫兹准光模式变换器。该准光模式变换器采用具有高效率特性的Denisov 辐射器，工作在TE_6.2模式，用于实现回旋管内的模式变换。由于Denisov 辐射器的参数是影响准光模式变换器宽带性能的主要因素，因此通过对辐射器参数的优化设计，达到增大模式变换器带宽的效果。使用自主开发的准光学模拟程序进行仿真，模式变换器中心频率为94 GHz，带宽达2 GHz。

单层石墨烯具有较低的固有光吸收效率，且材料中含有较多的缺陷，导致仅依靠石墨烯本身很难制备高性能的光电器件。通过石墨烯与半导体材料复合形成异质结构的方法可以克服这一瓶颈。本工作中利用石墨烯/砷化镓高迁移率异质晶体管结构制备了毫米波光电探测器，有效地提升了二维电子气特性，大幅度提高了器件在室温条件下的毫米波响应和探测能力。实验证明，400 mV的偏置电压下，该器件在25 GHz波段的获得了20.6V?W^-1响应率，响应时间为9.8 μs，噪声等效功率为3.2×10^-10 W?Hz^-1/2。在太赫兹波0.12 THz下响应率仍然达到了4.6V?W^-1，响应时间为10 μs，噪声等效功率为1.4×10^-9 W?Hz^-1/2。该工作展示了石墨烯/砷化镓异质结构毫米波太赫兹探测器的巨大应用前景。

在完整的二维三角晶格硅光子晶体中，引入线缺陷和非线性聚合物材料的点缺陷，利用线缺陷模和点缺陷模的耦合作用和非线性聚合物材料的三阶非线性克尔效应，提出了一种基于二维光子晶体的光控分光比可调Y型太赫兹波分束器。采用平面波展开法（PWM）和时域有限差分法（FDTD），对分光比可调的太赫兹波分束器性能进行了研究。研究结果表明，通过改变控制光的光强，可实现两输出端口分光比可调的Y型太赫兹波分束器。此分束器可实现特定波长的太赫兹波分光，透射率达到98%以上，附加损耗低于0.087 dB，响应时间达到ps量级。该分光比可调的分束器将在未来太赫兹波通信中具有广阔的应用前景。