华中科技大学自由电子激光太赫兹源（HUST FEL-THz源）具有高功率、波长可调谐、高分辨率以及高灵敏度等优点,适用于太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）的应用研究。而传统的太赫兹时域光谱系统受限于环境噪声、电光采样过程中飞秒激光与THz脉冲的相位失配和晶体色散效应的影响,会导致输出THz时域波形发生失真和电光信号幅值降低等问题。针对上述问题,本文从测量系统和实验系统两个方面对实验室已有的太赫兹时域光谱系统进行了优化设计。在测量系统方面,利用LabVIEW编写小波滤噪和SQL-Server数据库子VI实现了数据预处理与系统管理功能。在实验系统方面,基于电光采样理论模型,使用宽谱激光和预啁啾色散补偿优化了电光采样探测结果。最后利用优化THz-TDS系统开展了辐照硅橡胶材THz光谱研究。主要的研究内容如下:详细阐述了晶体中的Pockels效应和频域电光响应过程,通过分析飞秒激光在电光晶体中传播时的色散效应推导激光时域脉宽计算模型,发现了激光经过晶体后的脉宽展宽效应。结合当前THz-TDS测量系统存在的问题与不足设计了小波滤噪和数据库系统模块进行优化管理。利用LabVIEW编写小波滤噪子VI进行数据预处理,有效地提升了系统输出信号信噪比。同时基于LabVIEW建立了SQL-Server数据库管理系统,完成了数据写入、数据删除、数据查询等操作手段。根据相干长度定义为各个频段的电光检测选择合适的飞秒激光与电光晶体。通过模拟电光响应过程,分析了宽谱采样激光对Zn Te、Ga P、Ga As三种晶体电光响应函数的优化效果。采用10 fs脉宽飞秒激光和3 mm Zn Te晶体进行电光采样实验有效地平滑了晶体电光响应函数的幅值和相位曲线。通过分析飞秒激光在晶体中的色散传播过程,发现了使用预啁啾补偿群延迟色散能够有效消除晶体色散效应引起的时域信号畸变。采用DCMP 175啁啾反射镜对飞秒激光进行群延迟色散补偿,当色散补偿量为-2100 fs~2时,获得幅值最大电光信号,较补偿色散前提升了55.89%。介绍了提取样品光学参数的传统方法和不等光程法,并利用优化的THz-TDS系统对辐照硅橡胶进行了THz光谱分析。实验结果表明优化的THz-TDS系统在一定程度上能够区分浸泡剂种类和辐照剂量对硅橡胶光学参数的影响。