太赫兹波低频段辐射计在地球大气和分子探测中的需求不断增加。在微波电开口谐振环等效电路模型及其谐振特性仿真设计的基础上, 将微波谐振结构和传统带状线偶极子光电导天线结合, 提出了新型微结构光电导天线, 具有频率调节灵敏度高、谐振特性明显的优点。加工了不同尺寸的新型光电导天线和常规的带状线偶极子光电导天线实物, 并进行了实验对比研究。两种类型的太赫兹辐射频谱明显不同, 新型光电导天线由于微结构电开口谐振环的双频谐振特性出现了两个谐振峰, 3 dB相对带宽约为50%, 得到了窄带特性; 而传统光电导天线只有单峰, 3 dB相对带宽为93.07%, 显然为宽谱特性。对于新型光电导天线的仿真和实测吻合较好, 调节微结构天线的谐振环臂长可以获得较大的峰值频率移动相对值, 从而也验证了理论模型、谐振单元仿真结果的有效性。

研究了GaAs工型偶极子光电导天线(PCA)结构参数对THz辐射特性的影响。首先利用DL(Drude-Lorentz)模型得到了光电导天线的电流解析解，结合时域有限差分(FDTD)进行半解析半数值仿真，有效地解决了纯解析解(通过光电流对时间求导数可以得到辐射的THz的相对强度)无法和PCA结构直接对应的仿真问题，也较直接全波FDTD方法计算效率高。接着，利用偶极子光电导天线的等效电路模型和等效源阻抗公式，结合实际的PCA参数，分别得到了PCA阻抗和源阻抗，说明了由于源阻抗很低，导致匹配效率较低。最后，综合考虑数值仿真结果和理论计算结果可证明，工型偶极子光电导天线的辐射效率会随着其长宽比的增加而相应增加，该结论与相关文献实测结果吻合，从而也验证了文中FDTD仿真结果、理论模型及计算结果的有效性。

对偶极子光导天线空间功率合成中时间延迟的影响进行了分析。利用太赫兹时域光谱技术分别获取了34, 500, 1000 μm偶极子光导天线的太赫兹时域光谱。采用数值模拟方法分析时间延迟对空间功率合成的影响。结果发现:在满足空间功率合成时域相干度60%的条件下，两个34, 500, 1000 μm偶极子光导天线阵列的相对最大时间延迟分别为350.7, 467.6, 450.9 fs;三个34, 500, 1000 μm偶极子光导天线阵列的相对最大时间延迟分别为191.1, 250.5, 267.2 fs;四个34, 500, 1000 μm偶极子光导天线阵列的相对最大时间延迟分别为167, 200.4, 217.1 fs。试验结果表明，空间功率合成数值模拟仿真能为偶极子光导天线阵列的物理实验提供重要依据。

光电导天线(PCA)产生太赫兹(THz)辐射受光生载流子输运情况的影响很大。考虑到GaAs材料光电导天线两能谷效应，修正了德鲁德洛伦兹模型，得到了载流子输运情况并与经典扩散漂移模型仿真结果进行了对比。同时采用了时域有限差分方法(FDTD)耦合载流子密度，仿真太赫兹辐射时域波形，并与太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)测量时域波形对比。结果表明，两能谷效应修正的德鲁德洛伦兹模型仿真辐射时域波形与THz-TDS测量波形吻合，14 μm和34 μm小孔径GaAs偶极子光电导天线在波长为800 nm，脉冲半峰全宽为30 fs，脉冲重复频率为75 MHz，平均功率为327 mW的钛宝石飞秒激光器照射条件下，GaAs材料衬底两能谷效应引起的载流子输运变化对THz辐射起关键作用。

研究了小孔径螺旋型光电导天线的太赫兹辐射特性。利用太赫兹时域光谱技术测量了螺旋 型光导天线辐射的太赫兹波谱，得到了其时域发射光谱。通过快速傅里叶变换得到相应的频域光谱，同时对两 种不同孔径螺旋天线的太赫兹辐射特性进行了比较。 实验结果表明，太赫兹信号强度会随偏置电压的增大而增强； 在偏置电压和泵浦光功率相同的情况下，较小孔径的光导天线的辐射功率较高。

利用光导开关产生脉冲偏置电压的方式改进了基于光电导天线的太赫兹时域光谱系统。在分析光电导天线产生THz 波原理的基础上, 重点研究了目前基于光电导天线的太赫兹时域光谱系统存在的问题, 探讨了解决斩波器引起的机械噪声和光电导天线脉冲偏置电压之间矛盾的途径。最后, 通过对光导开关的特性测试, 提出了利用高压直流电源、光导开关和纳秒激光器产生0～9 kV 脉冲偏置电压消除机械噪声、提高脉冲偏置电压幅度的方法, 改进了太赫兹时域光谱系统。

宽频太赫兹技术在**、通信等领域有着广阔的应用前景，光电导天线是产生宽频太 赫兹波的重要手段。基于HFSS电磁仿真软件，对蝴蝶型和双极型两种电极结构的小孔径光电导天线进行了电 磁场仿真。通过对比不同参数情况下这两种光电导天线的增益，找到了一种具有较高发射效率的小孔径光电导天线， 并分析了电极形状和电极间隙对光电导天线发射效率的影响。仿真结果表明，相同尺寸的蝴蝶型天线比双极型 偶极子天线具有更高的增益。