本文对大功率太赫兹探测与成像技术进行了研究。根据0.22THz、TE₀₃模回旋管振荡器,设计了功率输出用的准光模式变换器。它包括一个Vlasov发射器、一个椭圆反射器和一个抛物面反射器,用来将TE₀₃圆柱波导模式转换为类高斯光束。用几何光学理论和矢量衍射理论对准光学系统进行了分析。利用MATLAB软件编制了数值优化程序,对准光学系统进行了分析。仿真结果表明,模式变换器传输效率为80.82%,标量高斯模含量为98.2%。建立了冷测实验平台,通过实验验证数值计算设计的正确性。实验测到98.6%的标量高斯成分,与数值计算结果吻合较好。基于0.22THz高功率脉冲回旋管设计了同轴数字全息成像系统;基于角谱理论和相位恢复算法通过模拟太赫兹全息的再现过程,获得了样品的全息再现幅度仿真图像和相位仿真图像;基于压缩感知算法得到三维多层全息再现振幅仿真结果。仿真计算结果表明,该系统可以作为分析、研究样品位相的一个工具,将来也可用于材料分析、生物医学及无损检测等领域。这些工作对最终建立基于0.22THz回旋管的数字全息成像系统有积极的推动作用。基于0.22THz高功率可调频回旋管振荡器设计了频率步进成像雷达,采用收发分开的双卡塞格伦天线,发射信号形式为频率步进脉冲信号,回旋管频率调节通过调整回旋管电子束电压或者超导磁场强度来实现。给出了成像雷达设计方案,对雷达最大作用距离和步进频率雷达系统高分辨一维距离像进行了分析,开展了ISAR成像仿真。理论计算和仿真结果表明,该雷达对于散射面积为0.01平方米的目标探测距离可达到1.982km,可分辨500m处间距2cm的点目标。该雷达可对低高度小目标进行高精度探测,比如对可携带武器和危险物质的无人机进行高精度探测与目标识别。采用时频分析方法仿真了双频太赫兹脉冲雷达。通过仿真结果可以看出,0.11THz雷达和0.22THz雷达对于振动、旋转、翻滚的微动特征都有厘米级的探测能力。在较强噪声条件下,通过自功率谱时频分析,可以抑制噪声,提高微动特征的探测能力。通过0.11THz及0.22THz两路回波基带信号的互功率谱时频分析,其相同频率的微动特征信息得到增强,同时噪声得到抑制,有利于微动特征信息的提取。