橡胶添加剂含量是判断橡胶质量好坏的一个重要标志。现有的检测方法不能满足橡胶中添加剂快速、准确、无损的检测需求，而且当检测对象为多组分混合物时，混合物的吸收光谱会出现重叠和失真现象，从而导致预测结果不准确。针对此问题，本文提出了一种基于太赫兹时域光谱结合化学计量学方法、数据融合的定量分析方法。以丁腈橡胶、白炭黑、氧化锌、防老剂H和防老剂MB制成五组分混合物并将其作为实验样品，利用太赫兹时域光谱系统获取并计算了五组分混合物在0.3~1.6 THz范围内的吸收光谱，然后通过求一阶导数的方式获得样品的导数光谱数据。低层数据融合直接将吸收光谱数据与导数光谱融合；中层数据融合将蒙特卡罗无信息变量消除法和连续投影算法进行特征提取后的变量进行融合；高层数据融合使用多元线性回归法进行融合。基于蒙特卡罗无信息变量消除法的中层数据融合的预测精度高于单一光谱的预测精度，而且预测性能最好。研究结果表明，太赫兹光谱结合支持向量回归、数据融合的方法可以实现多组分混合物中防老剂MB的快速、准确、无损检测，对于促进橡胶工业的快速发展具有十分重要的意义。

华法林钠是肺栓塞治疗中最常用的口服抗凝药。为制定个性化给药方案，急需建立快速、经济、准确的定量检测技术。利用太赫兹（THz）光谱的分子指纹识别特性，建立华法林钠快速定性定量分析方法。首先，通过实验获得华法林钠THz特征吸收谱，结合密度泛函理论量化计算，明确该药物在10~16 THz内的分子运动模式，从分子基团层面建立定性识别方法。接着，对不同浓度的华法林钠水溶液进行THz检测，分析THz特征峰峰高和峰下面积与药物浓度之间的相关性，建立了双指标的华法林钠定量检测方法。最低检测限达到0.01 nmol/mL，低于人的血浆中的华法林浓度，检测耗时小于10 min。所提方法为华法林钠定量检测提供了一种快速、准确的新技术，有助于推动华法林钠血药浓度监测技术的发展。

在太赫兹光谱实验测试中, 为了提高系统信噪比, 被测试的固态样品表面通常为平行且光滑的形态, 然而在安检等实际应用场合中, 自然状态下的物体表面可能会呈现出凹陷、 凸起等特殊形态, 这会对太赫兹光谱产生影响, 这些影响与特殊形态的尺寸有关, 但最容易忽视的是这些影响也与太赫兹波的空间分布有关。 首先, 对凹陷表面样品进行了基于高斯光学的太赫兹波透射过程建模, 研究了表面具有规则圆柱形的凹陷表面形态对太赫兹透射光谱的影响。 通过小孔拟合法对太赫兹光谱系统的高斯光学参数进行了测量, 获得了太赫兹波的束腰半径等参数。 然后, 选用表面被加工成凹陷形态的聚四氟乙烯为实验材料进行太赫兹透射光谱实验, 将太赫兹光谱传递函数幅值的理论模型值和实验值进行对比来验证模型的适用情况, 通过实验证实了在表面有凹陷等缺损情况时将太赫兹波进行高斯光束建模的必要性。 最后, 由模型推论出在与太赫兹波传播方向平行和垂直两个维度方向上, 凹陷深度和凹陷半径对太赫兹透射光谱的定量影响作用: 随着凹陷深度的增加, 光谱传递函数幅值周期越来越小, 两者之间存在单调的定量关系, 且不会受到凹陷半径的影响。 利用凹陷深度对光谱传递函数幅值周期的定量影响关系可以实现对凹陷深度的定量检测, 当可用频谱宽度为1.2 THz时, 凹陷深度的最低检测值为0.53 mm; 随着凹陷半径的增加, 光谱传递函数幅值均值有着先降低后增加的变化趋势, 两者之间不存在单调函数关系且受到凹陷深度的影响。 当凹陷半径大于5 mm时, 光谱传递函数幅值均值不再随半径的增加而增大, 样品表面凹陷对太赫兹波光谱传递函数幅值幅度的影响与凹陷位置也有关系, 这两种现象主要与太赫兹波的高斯分布情况有关。 研究结论可用于太赫兹波在非极性材料表面缺陷的无损检测中, 还可用于设计样品表面形态, 使其具有期望的光谱传递函数。

本文以炸药奥克托今（HMX）为例，开展了基于太赫兹光谱的固体粉末含水率检测方法的研究。首先，设计了适用于含水试样的预处理模具，避免预处理和测量过程中HMX粉末水分流失。其次，采用太赫兹时域光谱系统测量了HMX脱水过程的太赫兹光谱，获得了不同含水率HMX的太赫兹折射率和吸收系数。最后，研究了基于支持向量机回归（SVR）的含水率分析方法。提出了融合试样质量和太赫兹折射率的建模方法，解决了基于折射率或吸收系数的回归模型泛化性差的问题。在此基础上，采用遗传算法（GA）和粒子群算法（PSO）对SVR建模过程的正则化参数和核函数进行寻优。结果表明，基于PSO-SVR的模型最优，建模决定系数（R²）为0.996，均方根误差（RMSE）为0.009%，外部验证R²为0.991，RMSE为0.015%。

太赫兹技术因具有透视性、低能性、光谱分辨和时间分辨等特性而广泛应用于无损检测领域。对于珍贵的文物来说，太赫兹技术具有很高的实用价值。太赫兹技术不仅能够探测组成文物材料的光谱信息，也能够通过成像的方式探测文物的内部结构，这些结果能够为后续的文物修复提供数据支撑。归纳总结了太赫兹光谱技术和太赫兹成像技术在国内外的一些研究成果，这些结果表明太赫兹技术在无损和原位检测方面有着广阔的应用前景。太赫兹技术与国家文物保护的需求相契合，有助于切实解决国内文物修复的问题，具有一定的推广价值，对国家文物保护具有重要意义。

锈蚀对钢材料（如钢筋，钢板等）的强度和耐久性具有较大的影响。研究发现在钢材锈蚀过程中产生的一些铁的氧化物能够与太赫兹（THz）电磁波表现出吸收共振。为了探究钢材锈蚀产物的光学参数并实现其特征识别，首先通过太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统测定了不同种类的锈蚀产物样品以及样品中的主要组分Fe₃O₄，Fe₂O₃，α-FeOOH的THz透射信号。在有效测定频率0~1.2 THz范围内，不同锈蚀产物混合物样品的折射率分布在2.7~3.4之间，组分晶体Fe₃O₄、Fe₂O₃、α-FeOOH的折射率分别为4.0、2.7、2.2。锈蚀产物混合物中Fe₃O₄的含量对光学参数，如吸收系数、折射率等的影响较大。然后，搭建了基于双色场的超宽带THz-TDS系统，进一步扩大THz的有效测定范围至0~10 THz，从而实现了对锈蚀产物的特征识别。在0~10 THz范围内，Fe₃O₄不存在特征吸收峰，Fe₂O₃的特征吸收峰位置为3.4、4.2、4.85、5.8 THz，α-FeOOH的特征吸收峰位置为3.6、4.05、5、5.45 THz。同时，对不同锈蚀产物样品的宽频THz吸收谱进行分析，能够实现Fe₂O₃和α-FeOOH的特征识别。研究结果表明，Fe₂O₃和α-FeOOH的特征吸收峰可以作为是否发生锈蚀的依据，该结果为THz技术在钢材锈蚀无损检测方面的应用奠定了基础。

脑缺血是一种常见的突发性脑外科疾病, 具有较高的致死致残率, 快速、 准确对脑缺血程度进行检测对脑缺血的诊断与治疗工作具有重要意义。 基于衰减全反射式太赫兹时域光谱技术, 分别对脑缺血时间为0, 0.5, 1, 2, 4, 6和24 h的大鼠脑脊液和血清进行光谱检测, 并对不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数和折射率随缺血时间的变化规律进行分析。 结果表明, 与对照组相比, 不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数和折射率均存在一定的差异。 在此基础上, 根据不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数, 采用主成分分析法和机器学习算法对大鼠的脑缺血程度进行自动分类识别。 其中, 基于脑脊液吸收系数的支持向量机分类模型的识别准确率相对较高, 达到了89.3％。 该方法为脑缺血的早期诊断提供一种新的检测方法。

利用太赫兹时域光谱技术 (THz-TDS)对柠檬酸锌二水合物晶体及其失水动力学进行准确、无标记检测。实验结果表明, 室温下柠檬酸锌二水合物有 2个明显的吸收峰: 一个主峰在 1.91 THz, 一个次峰在 1.77 THz。随着温度升高, 柠檬酸锌二水合物吸收主峰强度不断减少, 直至消失。根据柠檬酸锌二水合物在 1.91 THz处的特征吸收峰面积在不同温度、不同加热时间的变化关系, 利用阿伦尼乌斯方程得到柠檬酸锌二水合物转变成无水合物的焓变为 381.13 J/g(232.6 kJ/mol), 与传统差示扫描量热法(DSC)相比测量误差为 4.2%。这些结果表明, THz-TDS可以提供一种快速、有效的结晶水合物焓变检测方法。