太赫兹波介于微波与红外线之间，是电磁频谱中唯一尚未完全开发利用的频段，也是当前科学研究热点之一。太赫兹技术在通信、雷达、安检成像、生物医学、频谱分析等多个领域都具有重要的学科价值和广阔的应用前景，被誉为改变未来世界的十大技术之一。太赫兹辐射产生技术与太赫兹导波技术是太赫兹技术中最关键的核心技术，太赫兹源和导波器件也是太赫兹系统中最关键的组成部分。因此，为了加快太赫兹技术发展，推进太赫兹频谱开发利用，急需对高效率高可靠性的太赫兹辐射源与低损耗低色散的太赫兹导波结构进行深入研究。本文对基于光整流方法的高功率宽带太赫兹源与中心频率可调的窄带太赫兹源，介质平板波导、金属平行板介质波导和石墨烯表面等离子激元波导的太赫兹导波结构展开深入研究，具体研究内容包括：1.基于光整流的高功率宽带（准单周期）太赫兹源的研究。分析了光整流产生宽带太赫兹波的机理与相位匹配条件，针对LiNbO₃晶体在光整流过程中无法实现共线相位匹配问题，研究了基于泵浦脉冲斜波前的非共线相位匹技术；搭建了基于Echelon——离散型倾斜波前技术的宽带太赫兹波产生平台，当泵浦脉冲能量为0.15mJ时，实测光整流产生准单周期太兹波脉冲能量为0.012μJ，激光到太赫兹波的能量转换效率约为8×10-5；搭建了基于光栅——连续型倾斜波前技术的宽带太赫兹波产生平台，当泵浦脉冲能量为7mJ时，实测光整流产生准单周期太赫兹波的峰值电场强度为150kV/cm（离轴抛物面镜焦点处），对应频谱的峰值频率为0.5THz，带宽为1.6THz，太兹波脉冲能量为7μJ，能量转换效率高达1×10^-3，与采用正常波前技术的光整流产生太赫兹波方法相比，能量效率提高了3个数量级。2.基于光整流的中心频率可调的窄带（准多周期）太赫兹源研究。分析了基于Chirp-Delay方法的窄带太赫兹波产生机理，针对光整流方法产生窄带太赫兹波容易出现中心频率不稳定的问题，根据两束光传播不同光程将产生特定相对时延的原理，设计了一个具有高相位稳定性的时延产生器Etalon，保障了窄带太赫兹源的频率稳定性；针对窄带太赫兹源光路调节较为困难的问题，通过在平移台上引入一镜对，使移动光栅对产生的光程增量恰好与镜对产生的光程增量相互抵消，设计了一个具有自适应光程补偿功能的平行光栅对Compressor，极大方便了光整流产生窄带太赫兹波的光路调节与实验测试；采用LiNbO₃波导作为光整流晶体，搭建了Compressor位于Pump支路与Compressor位于Probe支路两种Chirp-Delay方案的准多周期窄带太赫兹波产生平台。实验表明，这两种方案均能够有效产生中心频率可调的窄带太赫兹波，且中心频率可调范围是0.25¹.2THz，带宽约为100GHz。3.基于介质平板波导的太赫兹导波结构研究。采用模式匹配法分析三层平板波导在太赫兹波段的传输特性，得到导波场分布、色散方程，功率限制因子以及损耗系数的一般表达式，利用偏振门成像系统，对太赫兹波在LiNbO₃和LiTaO₃平板波导中的传输特性进行实验研究，测试结果与理论计算结果吻合；研究了同一片电光晶体薄片中实现太赫兹波的产生、导波、探测与操控等功能，针对单纯渐变结构极易破碎的问题，提出基于带空气隙的LiTaO₃晶体的锥形狭缝阵渐变平板波导结构，研究表明，这种结构不仅可以有效提高样品的机械性能，还能显著提升在锥形尖端空气隙中太赫兹波电场增强（5.5倍）与能量聚集能力。4.基于金属平行板介质波导的太赫兹导波结构研究。针对金属平行板波导的横向场分布不集中的问题，结合介质平板波导横向场分布集中特点，提出一种新型太赫兹导波结构——金属平行板介质波导（PPDW），研究表明，PPDW有宽频带、低损耗、低色散及场分布集中及易于加工应用等优点；研究广义金属平行板介质波导在太赫兹波段的传输特性，得到TE模的场分布，色散方程，功率比例因子、损耗系数以及特性阻抗的一般表达式；设计出太赫兹波段的同轴—PPDW过渡器（仿真研究表明，在0.45⁰.75THz频段内，实现S11<-20dB，S21>-0.7dB，单个过渡器插损为0.18dB）、桥形PPDW3dB定向耦合器（仿真研究表明，该桥形耦合器隔离度27dB，耦合损耗为0.9dB，中心频率为1THz，带宽为12.5%，与常规PPDW耦合器相比，带宽拓宽至4.2倍，尺寸缩小了61%）、PPDW滤波器等多种无源器件，在太赫兹电路与系统中具有一定的应用潜力。5.基于石墨烯表面等离子激元波导的太赫兹导波结构研究。获取准确的石墨烯电磁特性参数是研究石墨烯电磁传输特性的基础，本文由Kubo公式出发，对太赫兹频段石墨烯的电导率、等效介电常数以及电可调性等参数进行表征，并通过仿真验证了石墨烯波导的太赫兹表面等离子激元传输理论正确性，提出基于石墨烯单原子层的太赫兹功分器、反射器、锥形聚焦器等若干无源器件构想，从而为石墨烯在太赫兹导波器件中的应用提供理论依据。