为了提升太赫兹光谱分析的瞬时性和系统集成度，提出一种超表面光谱编码与计算重建相结合的太赫兹光谱测量方法。利用多种超表面结构的光谱编码器件对入射太赫兹波进行高随机光谱编码，并提出基于字典学习的稀疏恢复算法以实现光谱重建。理论计算和数值仿真表明，在4%噪声水平下，所提方法对乳糖透射光谱的重建误差小于3%，可为片上集成化太赫兹光谱仪的发展提供新途径。

太赫兹波在生物学和危爆物检测等领域有广泛的应用前景，但其在成像上会受到探测器灵敏度的限制。搭建一套基于太赫兹量子级联激光器的自混合相干成像系统，将全息成像技术与自混合干涉测量相结合，实现太赫兹波段的大景深成像。利用自混合收发一体的特性，在不同偏焦程度下，对分辨率板上每毫米2个线对的区域进行二维成像，在偏焦56倍波长条件下得到与焦平面处相同的图像对比度。

毫米波成像在人体安检领域发挥了重要作用，引起了人们的广泛关注。现有的毫米波近场人体安检成像机制主要分为SISO和MIMO两种。SISO机制可实现快速精确成像，然而随着工作频率的升高，其所需天线数目迅速增长、天线间隔下降，不仅造成了系统成本提升，还使得天线耦合难以被抑制。MIMO机制虽然降低了成像所需的天线数目、增大了天线间隔，但目前无法实现类似SISO机制的快速精确重建。提出了一种可快速精确重建的MIMO近距离成像机制，定量给出了该机制的适用条件。与传统MIMO近距离成像机制不同，该MIMO近距离成像机制通过巧妙地设计MIMO子阵列，使其在近场成像中满足等效相位中心原理。因此它能够直接使用诸如距离迁徙算法（range migration algorithm，RMA）等各种基于SISO机制开发的精确且快速的成像算法去重建图像，兼顾了SISO机制和MIMO机制的优势。E波段的示例表明，在近场毫米波成像中，该MIMO机制与SISO机制具有同等水平的成像质量和成像速度，但相较于SISO机制，该MIMO机制的天线利用率、天线间隔可提升4倍以上。与传统MIMO成像机制相比，该MIMO成像机制不但有更好的成像质量，而且其重建速度大幅提升，在一个成像区域为1 m×1 m×0.2 m，体素尺寸为1.85 mm3的典型成像场景中，比传统MIMO成像机制快近200，000倍。仿真和实验结果验证了该成像机制的有效性。

太赫兹量子级联激光器(THz-QCL)是用于实现自混合干涉的半导体激光器。利用自混合干涉效应,实验测量了THz-QCL频谱、线宽增强因子以及反馈光耦合系数。搭建了THz-QCL自混合干涉光路,基于THz-QCL驱动电压,获得了具有高信噪比的自混合干涉信号及其随反馈光光程变化的曲线。通过对自混合干涉信号进行解析,准确获得了THz-QCL在不同工作电流和温度下的激射频谱,频谱的分辨率反比于反馈光光程的变化。基于自混合干涉信号,分析得到了THz-QCL的线宽增强因子以及反馈光耦合系数。所实现的自混合干涉测量技术有望发展为物质的太赫兹频谱识别和测量技术。

提出了基于等效阵列概念的弧形多收多发(MIMO)阵列的设计方法,依照该方法设计了一种50发60收的弧形MIMO阵列,并在太赫兹波段进行仿真分析。结果表明,所设计的弧形MIMO阵列的成像分辨率接近于理论极限;该弧形MIMO阵列与包含3000个收发同置天线的等效阵列相比,点扩展函数的主瓣宽度一致、旁瓣波峰波谷的位置一一对应,其等效性得到了验证;与传统直线MIMO阵列相比,弧形MIMO阵列的成像范围较大,其旁栅伪影得到明显抑制,这有利于获得更好的曲面目标侧面成像效果。