针对太赫兹时域光谱仪的国产化、高性能和灵活便携要求, 分析了微弱太赫兹脉冲信号的顺序等效采样原理, 设计了用于太赫兹光电导探测的高速直接数据采集系统, 提出一种由飞秒脉冲激光器、电动光学延迟线、太赫兹光电导天线、直接数据采集系统、三轴位移平台、半导体制冷温控器和PC计算机组成的直采式太赫兹时域光谱快速扫描系统, 最后进行系统测试和分析。实验结果表明, 在相同的空载测试条件下, 系统比传统SR830锁相放大系统的信号频域动态范围提高了9dB、有效频谱宽度提高了0.4THz, 经过512次时域平均后系统信号频谱动态范围超过72dB、有效频谱宽度高达3.5THz。

采用0.3 THz辐射源和线阵探测器,搭建了太赫兹线阵扫描成像系统。该成像系统完成100 mm×100 mm区域的测量仅需1 min,成像分辨率可达1.5 mm,可以准确识别聚乙烯样品和水管中预埋的缺陷,高精度定位隐藏在信封内的剪刀和小刀。研究结果表明,该成像技术可以快速检测隐蔽物,在无损探伤和安全检查领域具有一定的实用价值。

激光脉冲加工过程中,激光光场的能量分布是确保激光加工成型质量的重要参数,对激光光场的能量扫描测量是一个必不可少的重要环节。设计了一种用现场可编程逻辑门阵列FPGA实现激光能量快速扫描测量系统。该系统在扫描过程中,通过高精度计量光栅获取指定能量测量位置信息,并同步控制能量计实时采集能量,实现激光光场能量的不间断连续快速扫描。扫描位置和激光脉冲数均可智能预置。通过对连续光场能量扫描测量实验,证明了所设计快速扫描测量系统的可行性和实用性。

由于高精度位移传感器体积大、价格高，系统传递函数复杂难以辨识等因素，目前对于压电驱动的FSM 大多通过前馈补偿的方法进行开环控制。为了实现对一种新型三支撑三维FSM 的反馈控制，本文基于电阻应变片构建了反馈信号进行采集的系统，先用电阻应变片采集压电陶瓷得输出位移，然后通过标定系统将其转化为反射镜的偏转角度。并在此基础上，对系统的开环传递函数进行了辨识，得到了一个七阶的传递函数。实验证明，反馈信号采集系统能够兼顾体积和精度，所获得的传递函数能够较好地拟合该系统的动态特性，为后续控制算法的设计实现奠定了很好的基础。

太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术从实验室走向实际应用亟需信号获取速度的进一步提高。利用音圈电机平台实现了快速光学延迟线，在此基础上建立了快速扫描太赫兹时域光谱系统。经测试，快速延迟线的扫描频率目前可达70 Hz，时间窗口可达100 ps以上。与传统的步进扫描方法相比，系统利用快速扫描方法（扫描频率为1 Hz）能够获得同等品质的信号，而测量时间却缩短为前者的1/360，极大地提高了太赫兹信号的采集速度。这种利用音圈电机平台实现太赫兹时域光谱快速扫描的方法对于太赫兹快速光谱成像技术的研究具有参考意义。

将色散测量方法和快速扫描延迟线技术相结合, 在谱域光学相干层析系统中实现了对群延迟色散的精确补偿.在该方法中, 先在样品臂中放入平面反射镜, 等间隔移动参考臂中快速扫描延迟线系统中光栅的位置, 同时测量系统参考臂和样品臂之间的群延迟色散差值.当该值为零时, 则表明系统色散匹配.将该方法与基于点扩散函数半高宽的方法进行比较, 发现基于半高宽方法的测量误差为4.43%, 而该方法的测量误差为0.76%；在色散补偿过程中, 随着色散匹配点的靠近, 半高宽方法的灵敏度由92.105 3 fs2减小到1.344 7×103 fs2, 而新方法的灵敏度则保持165.789 5 fs2, 表明本文提出的色散补偿法具有较高的色散补偿准确度和灵敏度.实验表明, 色散补偿后的系统分辨率接近理论值；在补偿系统色散的同时, 还可以根据测量所得色散值的符号来判定光栅的移动方向, 从而更容易地完成补偿工作.

为了解决可调谐激光二极管吸收光谱气体传感器在开放光路气体测量中, 激光吸收光谱信号受到大气湍流的影响, 使光谱信号幅度随大气湍流的波动而改变造成获取的气体吸收光谱信号形状发生畸变问题, 改善湍流对激光吸收光谱信号的影响, 提高信号检测灵敏度, 采用改变激光波长扫描频率的办法进行了理论分析和实验验证, 当激光波长扫描频率为2kHz时, 吸收光谱相邻周期间的信号均方误差小于0.1。结果表明, 该方法可以有效地改善激光吸收光谱信号受大气湍流的影响。

太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术是一种新兴的光谱测量技术，是太赫兹(THz)领域的研究热点。传统THz-TDS系统利用步进的时间延迟线进行扫描，并通过锁相放大器获得THz信号。这种方法检测THz信号的速度有限，无法应用于某些要求快速测量的场合。而快速扫描THz-TDS系统可以实现THz信号的快速检测，易于进一步扩大其应用范围。总结介绍了快速扫描THz-TDS系统在国内外的代表性研究进展，对几种实现快速扫描的方案进行了分析比较，并提出了一定的改进方法。