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。

太赫兹时域光谱技术在无损检测领域有很好的技术优势和应用前景，提高系统的检测速度和探测频谱分辨率是当前时域光谱技术的一个重要课题，而太赫兹时域光谱系统的检测速度和延迟时间是由光学延迟线决定的。基于透射式太赫兹时域光谱系统，设计了一种新型的旋转式光学延迟线，该旋转延迟线包含24片平面反射镜，通过旋转改变光程，进而产生可变的延迟时间。对该光学延迟线建立了数学模型，并进行了工作状态下光路的仿真与实际实验验证。仿真与实验结果表明，延迟时间可达72 ps，扫描频率为60 Hz，最小二乘法计算得到的线性度可达99.96%。利用有限元分析(FEA)软件对该延迟线的机械结构进行了旋转状态下的受力分析和模态分析，验证了该设计在工作中的可靠性与稳定性。该设计相比现有的太赫兹时域系统中的线性延迟线，有更快的扫描速度和更长的线性延迟时间，有利于太赫兹时域光谱系统的光纤集成化。

超宽探地雷达在无损检测系统中应用越来越广泛，采样电路是整个无损系统设计的关键。基于等效采样原理设计出一款新的三极管取样门电路。该电路克服了现有二极管取样门电路的缺点，很好地实现采样保持。利用先进设计系统(ADS)软件对该取样门电路进行仿真，输入脉冲重复频率为 10 MHz的 2 ns三角波信号，采样时钟重复频率为 10 MHz且与被采样信号有 100 ps延时差。对其进行采样，经过该取样门电路后，输出信号为 2 μs。在聚四氟乙烯板上实现该电路，利用信号发生器输入一个 90 ns的正弦波作为被采样信号，采样时钟为 100 ns，经过该取样门电路后，输出信号周期为 1 μs。实测与理论结果都表明该电路可以降低输入信号的频率，实现利用低速 A/D对高速信号的数据采集，大大降低了整个系统的成本。