本论文的研究内容分为两个部分：单脉冲太赫兹波探测技术的研究：气体等离子体太赫兹辐射源物理机制的研究。在笫一部分内容中,针对传统的单脉冲太赫兹波探测方法至多能获得太赫兹波的二维电场强度分布(E(t)或E(x,t)或E(x,y))的不足,本文提出一种可对单脉冲太兹波的三维电场强度分布(E(x,y,t))进行实时探测的方法。在：第二部分内容中,研究了双色飞秒激光电离气体产生太赫兹辐射的物理机制。通过对双色飞秒泵浦激光的偏振态、相对相位差脉冲波形等参数进行分析,对非线性四波混频模型和光电流模型进行了对比研究。基于理论分析和数值模拟结果,首次提出了关于这两个物理模型的三个新的理论分歧。对其的一个理论分歧进行了实验证明,实验结果表明了光电流模型的适用性。另外,通过求解三维含时薛定谔方程,首次研究了隧道电离条件下,双色飞秒激光电离氢原子产生太赫兹辐射的物理过程。本文具体的研究内容如下：1.将传统的太赫兹波电光采样技术与飞秒脉冲数字全息技术相结合,提出一种具有飞秒级时间分辨率的、可对单脉冲太兹波的三维时空电场分布进行实时探测的新方法。该方法是一种泵浦-探测技术：其中,皮秒太赫兹脉冲作为泵浦信号,可在电光晶体中产生超快双折射变化现象；该超快双折射变化能够对飞秒探测子脉冲串的三维波前相位分布进行调制；使用飞秒脉冲数字全息术及其角度复用技术,可将飞秒探测子脉冲中的三维波前相位延迟记录于复合全息图中；最后,通过对复合全息图进数值再现,可一次性获得皮秒太赫兹脉冲持续时间内的多个采样时间点处的三维空间电场分布信息,即获得了单脉冲太赫兹波的三维时空电场分布信息。通过数值模拟对该方法的要行性进行了验证,并分析了探测误差以及探测灵敏度。2.基于非线性四波混频模型和光电流模型,研究了双色飞秒泵浦激光的偏振态和相对相位差对太赫兹波和三次谐波辐射功率的影响。实验结果显示,当基频波分别为椭圆偏振态和线偏振态时,产生的太赫兹波和三次谐波辐射功率随相对相位差对应分别满足“正相关”关系以及“反相关”关系。光电流模型计算结果与上述实验结果吻合。非线性四波混频模型则得出,当基频波为线偏振态时,对应“正相关”关系成立：的结论。模拟结米反映了两种模型的分歧,而实验结果证明了光电流模型的适用性。3.基于非线性四波混频模型和光电流模型,研究了脉冲波形变化对太赫兹辐射的功率和频谱的影响。选择具有时间反演特性的两个飞秒脉冲(f(t),f(-t))作为泵浦激光。光电流模型计算结果表明,两种情况产生的太赫兹波功率及频谱带宽均不同；具有较陡峭上升沿的泵浦脉冲,其产生的太赫兹辐射的功率和频谱带宽更大。与之相比,非线性四波混频理论认为两种条件下得到的太赫兹脉冲频谱完全一致。该数值模拟结果反映了两种模型的第二个理论分歧。4.基于非线性四波混频模型和光电流模型,研究了双色飞秒激光相对相位差对三阶非线性极化率各分量取值的影响。设计了实验系统,选取了三种特殊的双色泵浦激光偏振态,得到一个完备的方程组。基于光电流模型,计算得到三阶非线性极化率分量的5个比值关系(χ黑、,／χ黑,χ：鲁。／χ黑,χ黑／χ盟χ‰／χ黑,χ热／χ黑)随双色飞秒激光相对相位差的变化关系。计算结果显示,上述五个比值关系是双色飞秒激光相对相位差的函数；z黑分量与χ黑分量的比值为负值,且绝对值与χ黑在同一数量级,表明等离子体介质存在“固有的”非中心对称性。与之相比,传统的非线性四波混频理论则认为,上述五个比值关系为定值,而且不存在上述比值为负的现象。该数值模拟结果反映了两种模型的第三个理论分歧。5.详细介绍了Muller提出的三维含时薛定谔方程求解算法,并研究了Hlnix演化算符中的M。和△。矩阵满足反厄密矩阵条件的必要性。数值模拟结果显示,基于修正前后算法分别得到的电子波函数几率((妒l少〉)在同一数量级。该结果表明,原算法中给出的M.和△.矩阵的形式上虽然不满足反厄密矩阵条件,但是由此带来的计算误差可以忽略。6.基于量子理论模型,研究了氢原子与双色线偏振飞秒激光的相互作用过程。通过求解三维含时薛定谔方程,获得了在泵浦脉冲持续时间内,电子波函数的时间、空间演化结果,并进一步计算得出太赫兹辐射的频谱及相应的太赫兹脉冲时域波形。7.基于量子理论模型,通过设定边界吸收模板宽度,研究了不同空间范围内的电子波函数对太赫兹波及三次谐波产量的贡献。通过计算分波偶极跃迁,我们得到了基态-激发态,基态-连续态,激发态-激发态,激发态-连续态,连续态-连续态5个部分的分波偶极跃迁对应的偶极距以及相应的太赫兹时域分布。结果显示,连续态-连续态的跃迁是产生太赫兹辐射的主要来源;三次谐波辐射则主要与连续态-连续态的跃迁,以及基态-激发态的跃迁有关。8.基于量子理论模型,研究了脉冲波形对太赫兹波和三次谐波产量的影响。选用了四种脉冲包络函数,分别具有不同的上升沿或下降沿。模拟结果表明,脉冲上升沿越陡峭,产生的太赫兹波和三次谐波辐射功率越高。与下降沿相比,上升沿对太赫兹波和三次谐波产量的影响更大。其中,对时间反演脉冲(f(t),f(-t))的对比研究结论与基于光电流模型得出的结论具有一致性。9.基于量子理论模型,研究了“电离过程”本身以及电离后的“等离子体”分别具有的非线性极化率。选用完全一致的两个飞秒脉冲分别与氢原于、氢等离子体(离子-电子系统)相互作用,并分别计算两个飞秒脉冲产生的太赫兹波和三次谐波产量。根据其产量大小可直接判定“电离过程”本身以及电离后的“等离子体”分别对应的非线性极化率大小。模拟结果显示,前者具有的非线性极化率比后者大约高1至2个数量级。