太赫兹量子级联激光器和太赫兹量子阱探测器都是基于子带间电子跃迁的半导体器件，具有体积小、频率可调、响应速度快等优点。其工作波长位于微波波长和红外波长之间，其光谱涵盖了众多气体分子、化合物以及凝聚态物质的频谱特征，在天文观测、公共安全、生物医药等领域中有重大应用前景。近年来，太赫兹量子级联激光器和太赫兹量子阱探测器的性能有了显著提高，其应用也受到关注。回顾了太赫兹量子级联激光器和量子阱探测器的发展历程，简述了其工作原理和器件结构，介绍了器件性能在工作温度、光谱范围等方面的最新进展及其在高分辨光谱、太赫兹成像、无线宽带通信等方面的应用，并在此基础上分析了目前存在的问题和研究热点，对其未来发展进行了展望。

太赫兹(THz) 成像是 THz 技术应用的重要方向之一。基于 THz 量子级联激光器(QCL) 和 THz 量子阱探测器(QWP) 等半导体光子学器件的 THz 成像系统具有结构紧凑、空间分辨率高、成像信噪比较高等优点, 已成为当前研究的热点领域。对国内外关于 THz QCL 和 THz QWP 器件在远场和近场成像应用方面的研究进行了系统综述, 分析了 THz 成像系统的构成和成像效果, 总结了各 THz 成像系统的性能参数情况, 并探讨了 THz 成像系统性能提升的途径及其应用前景。

太赫兹量子阱探测器具有皮秒级的响应时间和1 GHz以上的高速调制性能，是太赫兹快速成像和高速无线通信应用领域非常有前景的探测器。文章综述了太赫兹量子阱探测器的探测原理和设计方法、器件主要性能指标和基于该探测器的应用技术研究进展。研究表明，基于太赫兹量子阱探测器的快速成像系统可以获得物体的细节信息，有望用于安全检查和无损检测领域；太赫兹量子阱探测器还可用于高速无线通信的探测端，为未来6G高速无线通信应用提供了有效的技术途径。

光电表征技术是太赫兹应用技术的重要基础,涵盖了太赫兹频段光电器件表征、光谱测量、光束改善以及通信和成像应用等多个方面,在太赫兹应用领域中发挥着重要作用。介绍了太赫兹频段两种半导体量子器件的工作原理和最新进展,综述了二者在太赫兹脉冲功率测量、探测器响应率标定等光电表征技术中的应用及其在太赫兹快速调制与探测、太赫兹扫描成像系统中的应用,最后介绍了太赫兹光电表征技术的改善,包括激光源光束质量改善和探测器有效探测面积的提高方法等,并给出了器件及表征技术的潜在应用。

提出了一个砷化镓基(GaAs/Al_0.04Ga_0.96As)太赫兹量子阱探测器，并对其光电流谱和背景噪声限制温度进行了表征，得到峰值响应频率为6.78 THz，背景噪声限制温度为16 K.理论上，首先，考虑多体效应对器件能带结构的影响，计算得峰值响应频率为6.64 THz，考虑到制备过程中的误差(THz器件较中红外器件，铝组分低，阱宽窄)，理论与实验吻合的较好，证实了多体效应在太赫兹量子阱探测器中的重要影响；然后，对器件的电流电压特性进行研究，计算得到背景噪声限制温度为17.5 K，与实验吻合. 太赫兹量子阱探测器较低的工作温度，极大限制了其应用，提出了两种实现高温探测的方法：(1)引入光学汇聚天线，提高器件背景限制温度，计算结果表明当引入增强系数为10⁶倍的天线时，其背景噪声限制温度达到97 K(远高于液氮温度77 K)；(2)太赫兹量子阱探测器与太赫兹量子级联激光器联用，可实现信号噪声限制模式，从而实现高温探测.计算表明，当激光器功率达到0.003 mW/μm²，器件的工作温度可达77K.

设计了一种偏压可调电流镜积分(Current Mirroring Integration，CMI)红外量子阱探测器焦平面 CMOS读出电路。该电路适应根据偏压调节响应波段的量子阱探测器，其中探测器偏压从 0.61 V到 1.55 V范围内可调。由于 CMI的电流反馈结构，使得输入阻抗接近 0，注入效率达 0.99；且积分电容可放在单元电路外，从而可以在一定的单元面积下，增大积分电容，提高了电荷处理能力和动态范围；为提高读出电路的性能，电路加入撇除(Skimming)方式的暗电流抑制电路。采用特许半导体(Chartered)0.35 μm标准 CMOS工艺对所设计的电路(16×1阵列)进行流片，测试结果表明：在电源电压为 3.3 V，积分电容为 1.25 pF时，电荷处理能力达到 1.3×107个电子；输出摆幅达到 1.76 V；功耗为 25 mW；动态范围为 75 dB；测试结果显示 CMI可应用于高性能 FPA。