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太赫兹（Terahertz,THz）波位于毫米波与红外之间的极特殊的频率区间,由于其在光纤通信、成像、无损检测、以及非接触材料表征等领域具有巨大的发展潜力,近年来受到了广泛的关注。其中最吸引人的特征之一是利用THz光谱对材料的准确识别和表征。基于飞秒激光的 THz 时域光谱系统（Terahertz Time-Domain Spectroscopy System,THz-TDS）是实现THz光谱表征的有效方法,它可以直接测量时间分辨和高精度的THz电场,通过对采集到的时域波形进行傅里叶变换来获取物质的光谱信息。然而,到目前为止,THz-TDS仍然没有广泛应用于现实生活中,其最主要的限制因素在于大气中的水蒸汽对THz波的强吸收效应,这极大的增加了材料识别和表征过程中的干扰成分,从而掩盖了真实的光谱数据。近年来,研究者们主要利用干燥空气或氮气等非极性气体来消除THz传播路径中的水蒸汽,或者采用抽真空的方式。毫无疑问,这些处理方法都会增加系统的复杂性和成本,并且受环境条件的限制较大。本文提出了一种基于希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang Transform,简称HHT）的自适应全光纤太赫兹时域光谱系统,该系统可有效的识别和消除大气中水蒸汽噪声的影响,因此可将其应用于精确表征单层石墨烯（Monolayer Graphene,MG）的太赫兹光谱特性。本文的主要研究内容如下:1.本文采用HHT信号处理方法对大气中的水蒸汽与太赫兹波的强相互作用进行深入研究。HHT是处理非线性、非平稳信号的时频分析方法,依据输入信号自身的特点,自适应的将信号分解为若干个固有模态函数（Intrinsic Mode Function,IMF）。本文介绍了 HHT的基本概念、基本理论、基本性质、以及信号分解的基本原理和步骤,讨论了利用HHT算法处理太赫兹信号的有效性和自适应性,初步预测了利用HHT算法消除太赫兹光谱中水蒸汽噪声的独特优势。2.搭建了一套全光纤式的THz-TDS系统,并首次将HHT算法融入其中,实现了对太赫兹光谱中水蒸汽噪声的有效识别和自适应消除。HHT将携带样品信息的THz时域信号分解为八个不同时间尺度的固有模态函数分量。通过详细的时频分析,发现分解的前两种模式（IMF1和IMF2）与样本信息有关,而其它的高阶模式则对应外界噪声,其中水蒸汽噪声的干扰成分被准确地识别在IMF3中。因此,我们利用前两个IMF分量就可以有效的消除水蒸汽噪声的干扰,准确地提取到样品的本征信息。3.在不同环境条件下实现了对不同类型样品的自适应检测。实验证明了基于HHT的全光纤THz-TDS具有很强的自适应性,如不同的环境湿度（RH 13.2%、RH 32.8%、RH 51.2%和RH 70.4%）、信号的扫描长度（30 ps、50 ps、90 ps和140 ps）和测试不同类型的样品（PTFE、PET、PVC和PP）。实验结果表明,利用IMF1+IMF2分量能够有效的去除外界噪声的干扰,重构样品的信息,并且在IMF3分量中准确的识别了水蒸汽噪声的干扰成分。该系统的自适应能力极大的促进了 THz-TDS的实际应用。4.利用基于HHT的自适应全光纤THz-TDS系统,实现了单层石墨烯的精确表征。采用化学气相沉积法在铜箔上生长石墨烯薄膜,通过PMMA辅助湿法转移技术制备以高分子聚合物为衬底的石墨烯样品。基于提出的THz系统,携带单层石墨烯信息的太赫兹时域脉冲信号被分解为八个不同时间尺度的IMF分量。基于详细的时频分析,所分解的低阶模式分量与石墨烯相关,而其它高阶模式则对应外界噪声。实验结果证明我们仅仅利用IMF1+IMF2分量就可以有效的排除水蒸汽噪声的强干扰,重构单层石墨烯0.7 THz附近的特征吸收峰。同时,水蒸汽噪声被精确地定位在IMF3中。因此,基于HHT的自适应全光纤THz-TDS提供了一个更加有效的石墨烯表征方法,同时也进一步证明了该系统较强的自适应能力。总之,本文将HHT算法应用于搭建的全光纤THz-TDS当中,有效地抑制了大气中水蒸汽噪声的干扰,实现了样品的精确表征。石墨烯的表征结果进一步证明了该系统的自适应能力。利用该系统不仅可以实现石墨烯的精确表征,对其它二维材料的表征同样有效。该方法对大气中的水蒸汽噪声具有很强的自适应能力,可成功地应用于各种潮湿环境,这促进了 THz波技术及THz-TDS在THz通信、材料表征、无损检测等领域的实际应用。