太赫兹辐射,具备特征光谱、低能量、强穿透力、超短脉冲、高分辨率以及大带宽等优秀性质,在基础科学研究、生物医学、无损检测、光谱测量、无线通讯、太空探索等领域应用广泛,备受科研界与产业界工作者的青睐。然而,太赫兹科学与技术作为一门新兴的学科,在太赫兹光谱调控的研究、太赫兹幅度增强的新途径、传统材料在太赫兹频率的非线性研究等方面,面临着诸多挑战,存在着提升空间。本论文主要研究气相和液相介质中飞秒光丝非共线相互作用形成的等离子体光栅对飞秒激光成丝产生太赫兹辐射的调控作用,并进一步实验研究了相变与二维材料的太赫兹频率非线性特性。本论文的具体内容包括:1.提出一种基于气相等离子体光栅的双色场飞秒光丝太赫兹辐射的全光学光谱调控新方法。通过单色场飞秒光丝与双色场飞秒光丝非共线相互作用,在相互作用区域自由电子密度空间上呈现周期性调制的性质,形成可全光调控的等离子体光栅;在等离子光电流以及非线性四波混频作用下,实现了空气光丝中高频太赫兹光谱成分(>0.75 THz)的有效增加。在实验上研究了单脉冲能量、光场偏振态等物理参数对太赫兹增强效应的影响,观测到高单脉冲能量,平行偏振状态有助于光丝中高频太赫兹辐射的增强。本方法可以扩展太赫兹时域光谱技术的适用范围以及提高对应光谱检测灵敏度,为研究晶格声子振动,扭转变形和分子间键合等依赖于高频太赫兹场的物理过程提供了新的研究途径。2.提出并实验验证了液相介质中飞秒光丝诱导产生的太赫兹辐射与超连续谱中短波频率的关联性;在实验上,利用两束同步飞秒光丝非共线相互作用,形成等离子体光栅,实现对液相介质飞秒光丝诱导产生太赫兹幅度的有效增强,并研究了光丝泵浦能量、相对偏振角度对太赫兹幅度的影响,当相互作用脉冲泵浦能量与初始脉冲能量相等、相对偏振为平行状态时,太赫兹具有最大的增强幅度。通过光丝相互作用产生的超连续谱短波的增强效应对太赫兹光场增强的机理进行解释。液体中飞秒光丝诱导产生的太赫兹辐射具有高转换效率的优点,同时通过光丝的相互作用可以便捷地远程控制液体中太赫兹的产生与增强,满足材料科学应用对5-20THz强场可调谐太赫兹源的迫切需求,为复杂材料体系低能量激发提供全新操控手段。3.通过Z扫描技术研究相变材料Ge2Sb2Te5(GST)以及二维材料石墨烯在太赫兹频率的非线性吸收系数;并且发现GST材料在太赫兹辐射作用下,具有非线性增透特性,该特性适用的光谱范围宽;利用石墨烯的可饱和吸收特性,提出一种利用可饱和吸收体进行脉冲宽度测量的方法。结合太赫兹与材料的相互作用,对传统材料在太赫兹频率的光学特性有了全新的理解和认识,有助于新应用的产生,如GST材料可以广泛用于适当功率下的太赫兹镀膜技术,具有和传统光学增透膜技术的兼容性;石墨烯作为太赫兹频率上的可饱和吸收体,将对太赫兹半导体激光器被动锁模以及脉冲测量技术的发展做出贡献。