传统太赫兹多功能超表面器件只适用于对圆极化波或线极化波进行单独操控，应用场景受到局限。针对这一问题，提出一种全向双功能太赫兹超表面用于对圆极化和线极化波进行操控。该超表面单元由4层聚酰亚胺介质以三明治形式分隔5个金属层（顶层和底层椭圆金属图案、第3和第7层的金属光栅以及中间矩形金属条结构）组成。当圆极化太赫兹波入射时，该超表面结构在频率1.4 THz和1.5 THz处产生拓扑荷数l=±1、±2涡旋波束，在1.3 THz处产生l= -1四个涡旋波束和l=+2偏移涡旋波束，并且在1.5 THz处同时产生l=-1、+2叠加涡旋波束。当线极化太赫兹波从±z方向入射时，所设计的超表面在频率0.72 THz处实现透射波极化转换功能，极化转换率大于95%。研究结果表明，该超表面为实现双向多功能太赫兹波调控器件设计提供了一种创新思路。

提出一种双C环光敏硅可重构超表面，该超表面通过改变光敏硅电导率可以实现在太赫兹波段的多功能切换。当大小C环的电导率分别为5.0×10⁵ S/m和0 S/m时，所设计超表面表现为线-线极化转换器，在2.10~3.15 THz频率范围内极化转换率大于90%；当大小C环的电导率分别为0 S/m和5.0×10⁵ S/m，该结构在2.33~2.47 THz和2.78~4.40 THz频率范围内表现为线-圆极化转换器；当大小C环的电导率同时变化为2.5×10⁵ S/m时，该结构转化为吸收器，在2.40~4.60 THz频率范围内吸收率大于90%。将大小C环电导率都为0 S/m的单元与大小环电导率都为2.5×10⁵ S/m的单元进行编码，该结构在2.80~3.00 THz范围内实现近场成像。将大小C环电导率分别为5.0×10⁵ S/m和0 S/m的单元与大小环电导率都为0 S/m的单元进行周期性编码，该结构可实现对太赫兹波二分束和四分束。结果表明，通过改变外部光照条件，可以实现对所设计超表面重构，获得多种太赫兹调控功能。

太赫兹滤波器是太赫兹通信、 太赫兹成像和太赫兹检测等太赫兹应用系统中不可或缺的功能器件。 按照不同的分类方式, 滤波器有不同的种类, 常见的按照选频功能可分为高通滤波器、 低通滤波器、 带阻滤波器和带通滤波器。 为了实现在太赫兹波段的滤波效果, 世界各地的研究人员利用不同的结构、 材料和控制方式实现了功能各异的太赫兹滤波器, 但是考虑到设计的器件要应用到太赫兹系统中, 成本低廉、 结构简单、 性能优越的太赫兹滤波器一直是研究人员的追求。 分形概念自提出以来在很多研究领域都有了快速发展, 但是在太赫兹波段的应用还不是很常见, 特别是应用于太赫兹功能器件的设计。 引入分形中科赫曲线的概念设计并制备了一种新型的太赫兹带通滤波器, 该滤波器是在金属薄膜上刻蚀出科赫曲线分形结构, 当太赫兹波垂直入射到该滤波器时候实现了在太赫兹波段的窄带滤波。 在滤波器的设计过程中, 追求理论与实验相结合, 首先在电磁仿真软件中建立科赫曲线分形结构滤波器模型进行计算, 探究分形结构应用于太赫兹波段进行滤波的可行性, 在进行多次计算之后得到优化后的尺寸和结构, 然后根据优化后的尺寸加工出科赫曲线分形结构太赫兹滤波器样品, 并且将样品放在太赫兹时域光谱系统中进行实验测量, 得到实验数据后与仿真结果进行比较。 在仿真中利用了时域有限差分法模拟科赫曲线分形结构太赫兹带通滤波器的传输特性, 优化后的仿真结果表明: 滤波器的谐振频率为0.715 THz, 透射系数能够达到0.92, -3 dB带宽为21.9 GHz, 将仿真得到的散射参数进行S参数反演得到了太赫兹滤波器样品的电磁参数, 这在理论上分析了太赫兹波在谐振点处产生透射增强的原因。 利用飞秒激光微加工系统制备了尺寸优化后的科赫曲线分形结构太赫兹带通滤波器样品, 然后使用太赫兹时域光谱系统对样品的传输特性进行测试, 对实验得到的时域数据进行快速傅里叶变换之后得到频域数据, 再把频域数据进行归一化处理后与之前的电磁仿真结果进行对比, 发现实验测得的结果与电磁软件仿真得到的结果较为吻合。

提出并设计了一种基于双层石墨烯结构的电控太赫兹波开关。该开关结构由棱镜-石墨烯-二氧化硅-石墨烯-锑化铟组成。太赫兹波从棱镜左侧以特定角度入射, 棱镜右侧固定有太赫兹波探测器, 通过外加电场改变石墨烯介电常数, 影响等离子体波矢匹配, 进而控制太赫兹波反射率, 实现太赫兹开关目的。实验运用COMSOL软件对双层石墨烯电控开关进行仿真模拟, 将1 THz的太赫兹波以35.42°从棱镜左上方入射, 在无外加电场时, 太赫兹波反射率为2.63%, 此时为太赫兹波开关的“关”状态。施加外加电场时, 石墨烯的介电常数发生变化, 太赫兹波反射率改变并达到93.01%, 棱镜结构接近全反射, 此时为太赫兹波开关的“开”状态。研究结果表明该结构具有良好的太赫兹波强度控制性能, 电控太赫兹波开关消光比为15.5 dB。

存在于微波与远红外之间的太赫兹波, 因其无损害, 稳定性高等独特性质使太赫兹光谱与成像技术在近几年来得到了迅猛的发展。 太赫兹波独有的无损伤检测特性, 在安全检测方面具有良好的发展前景, 获得广大学者的研究和关注。 经过太赫兹成像系统获得的太赫兹图像, 虽然可以识别出隐藏的**或其他金属制品, 但是太赫兹图像的对比度和清晰度均较差, 不能完全符合人眼的视觉效果, 也不利于机器识别。 目前, 对太赫兹图像质量的提高和改善, 成为太赫兹成像技术长远发展和广泛应用的关键问题。 实验采用太赫兹波投射式成像系统对藏于物体中的金属心型吊坠和金属箭头进行成像, 扫描步长0.5 mm, 由于太赫兹光源大, 能量起伏等系统缺陷, 以及外部环境的复杂与干扰, 导致成像所得图像均有背景噪声严重, 边界模糊等问题, 成像质量较差。 提出一种基于双阈值的canny均衡化太赫兹图像增强算法, 根据太赫兹图像自身性质限制, 确定阈值和对图像均衡化的范围, 实现图像降噪并引入双阈值canny算法和梯度幅值算法, 使图像的对比度和清晰得到整体提高, 并保留和突出太赫兹图像的细节信息, 获得高分辨率、 边缘清晰的图像。 实验表明该算法对太赫兹图像具有良好的降噪效果, 能够保留图像细节信息, 图像对比度和图像质量得到增强和提高, 同时增强了太赫兹成像技术对隐藏缺陷或隐藏物体的辨别能力和透视能力, 为其在安检应用方面提供必要保证。

提出基于棱镜-空气-石墨烯-石英-硅结构, 通过外加电场改变石墨烯的介电常数, 引起太赫兹波反射率的变化, 并利用等离子体共振机理对反射太赫兹波强度控制以实现太赫兹波开关功能.研究了空气隙对太赫兹波反射率的影响,结果表明: 当空气隙为20 μm时, 太赫兹波反射率最小值为68.79%, 当空气隙为56 μm时, 太赫兹波反射率最小值降至0.04%, 此时的空气隙达到最佳值.分析确定了石墨烯化学势对太赫兹波反射率的影响, 结果表明: 当石墨烯化学势从0 eV增加到0.2 eV, 太赫兹波的反射率从零增加到95.89%, 从零反射变成全反射, 表明该结构具有优异的反射太赫兹波强度控制性能, 开关的消光比达到33 dB.

太赫兹波成像具有电离辐射小, 对有机物鉴别力高等多种技术优势, 因而非常适合应用于非接触式、 非破坏性成像检测。 然而这种成像手段易受到成像时电磁环境干扰和设备功率变化等问题的影响, 因而存在一些特定的干扰模式, 导致大部分的太赫兹脉冲扫描图像很难获得高清晰度的图像。 利用搭建的太赫兹连续波源透射光路成像系统实现了逐点扫描式太赫兹成像。 通过阈值灰度变换算法的改进优化, 对卡片、 树叶、 一元硬币和钥匙四种样品的太赫兹波图像进行了去噪, 然后基于拉普拉斯算子对图像进行锐化增强, 并用均方误差和峰值信噪比估计等对去噪效果进行评价。 去噪后太赫兹波扫描的部分样品峰值信噪比估计值提高可达4～5 dB, 图像质量得到明显改善。 研究证明所搭建的太赫兹成像系统具有一定的应用前景。

太赫兹波技术和光子晶体技术相结合为设计太赫兹波功能器件提供了新的思路和方法.本文提出了一种基于二维光子晶体的双波长太赫兹波功分器.在光子晶体中引入由三个相互平行的单模波导形成的定向耦合型分束器和Y型结构的1×2型分束器，同时，在Y型结构的分支处分别引入两个介质柱.利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射波频率下，耦合波导的耦合长度，并采用时域有限差分法对功分器的传输特性进行了模拟仿真分析.结果表明，在频率f1=1.0 THz时，实现了端口1和端口2的能量均分输出；在频率f2=0.893 THz时，通过非对称改变两个介质柱的折射率，可以实现端口3和端口4输出能量的自由分配.