近年来,太赫兹(THz)科学与技术发展迅速。液晶(LC)材料因为能够用来设计THz波段的可调控功能器件而受到广泛关注。然而,在THz波段,随着波长的增加,液晶材料的双折射率变小,如果基于液晶材料设计的太赫兹调制器件要达到与可见光波段同样的位相调制量,需要的液晶盒厚度要达到毫米量级,这将会导致液晶配向与控制无法实现,并且增加吸收损耗。因此,设计和制备在THz频段具有较小吸收系数和较高双折射率的新型液晶材料,是发展实用LC-THz调制器件的当务之急。开发新型液晶材料所需要解决的首要问题是明确分子结构与THz光学性质之间的关系。由于实验方法更侧重于关注液晶材料在THz波段的宏观光电特性,对于更深层次的太赫兹波与液晶分子相互作用的物理机制揭示的不够,因此,为了深入了解液晶材料在太赫兹波段的光学性质,用理论模拟的方法,从分子层面上研究液晶分子结构与THz光电系数的关系,对于设计合成在该波段具有低吸收和较大双折射率的高性能液晶材料具有指导意义,亦将为性能优异的THz调制器件的制造和实用化提供有用的物理支撑。本论文基于密度泛函理论(DFT),利用Gaussian09程序包,结合振动势能分析(PED)方法、Vuks方程及极化率密度分析(PDA)方法,计算了系列液晶分子在THz波段的吸收光谱、双折射率和动态极化率,从电子结构的角度考察了分子不同基团对太赫兹光学系数的影响规律。论文的主要内容包括以下三个部分:(1)液晶分子的太赫兹吸收光谱及振动分析。用DFT方法计算了文献中已有实验数据的液晶分子5CB、5OCB和PCH5在0-3THz的吸收光谱,并用PED方法对其振动模式分别做出精确的指认。结果表明:DFT计算给出的液晶分子的THz吸收光谱,在出峰的位置和振动强度上均与实验观测符合的很好;不同的液晶材料对太赫兹波的吸收性能不同,与5CB相比,由于5OCB增加了一个氧原子,导致其吸收峰的位置发生了蓝移,并且振动强度也有略微的增加;PCH5分子中的环己烷导致分子结构柔性较大,因此降低了分子的振动强度,并且在1 THz以下具有一个其它分子所没有的较强吸收峰。总体来说,分子结构对液晶材料在太赫兹波段的吸收影响较大,因此在选用或者设计合成新型液晶材料时,应根据不同波段的需要,选择合适的分子结构。(2)液晶材料在太赫兹波段的双折射率计算。以5CB液晶为例,利用DFT及Vuks方程计算其在THz波段的折射率及各向异性。通过和实验数据的对比,结果符合得较好。研究了泛函和基组对计算结果的影响,讨论了频率与双折射率之间的关系,以及双折射率随温度的变化规律。结果表明:在计算含频电子极化率时,M06-2x/6-311+G(d,p)方法的效率较高;在低频太赫兹范围内,液晶分子的光学参数几乎不随频率变化;液晶材料的宏观折射率呈现出和微观极化率一样的温度相关性。(3)液晶材料在太赫兹波段的分子极化率研究。通过极化率密度分析,揭示了液晶分子尾链、骨架结构和极性取代基等不同基团对极化率的贡献,探讨了影响液晶分子极化率的主要因素。结果表明:对液晶极化率贡献较大的是苯环和氰基等不饱和基团;在设计新型液晶分子时,必须尽可能的延长液晶分子π电子共轭体系的长度,以减小液晶分子的HOMO与LUMO之间的能隙,最终提高液晶分子的极化率。总体来说,本论文将DFT、TDDFT、PED分析方法、PDA方法以及描述液晶折射率各向异性的Vuks模型应用于太赫兹波段,为深入理解液晶材料太赫兹宏观光学性质的微观物理机制提供了一种行之有效的方法,期待相关研究成果对设计和分析新型液晶分子在太赫兹波段的光学性质有一定的指导意义。