太赫兹(THz)波是指频率从0.1THz到10THz,介于毫米波与红外光之间的电磁波,涵盖了亚毫米波及远红外光区域,兼有微波毫米波与红外可见光两个区域的特性,同时又与其他波段的电磁波具有非常强的互补性,是一个人类尚未完全认知和利用的频段。太赫兹波具有重要的科学价值和广阔的应用前景,在基础科学、材料研究、生物医学、国家公共安全等多个领域具有独特优势。本文内容是作者在参与“国家重大科学仪器开发专项”任务——“移动式QCL-THz全息成像仪”(2011YQ13001802)高性能太赫兹波传输系统研制过程中所承担的部分工作。具体包括高性能太赫兹波传输系统设计、模拟仿真及实验研究。其中,全息光路结构由总体单位——中国工程物理研究院激光聚变研究中心提出,全息成像实验研究的数据处理工作由北京工业大学王大勇教授团队完成。“移动式QCL-THz全息成像仪”就是将太赫兹技术与数字全息成像技术有机结合,并将此技术应用于神经干细胞和胰腺干细胞移植安全性研究以及薄膜(金刚石薄膜、太阳能薄膜)和陶瓷样品的光学性能和介电常数、厚度和密度空间分布、损伤与缺陷等方面。作者参加了仪器分系统——高性能太赫兹波传输系统研制中的部分工作,主要负责传输系统的细化设计、模拟仿真及实验研究工作,并通过波束测量结果及全息成像结果验证了光路设计与模拟仿真的正确性。高性能太赫兹波传输系统是“移动式QCL-THz全息成像仪”的重要研制内容之一,为了获得高质量的全息图像,就必须要求太赫兹波具有良好的光束特性,但现阶段量子级联激光器太赫兹源功率较小,发散角大,衍射效应严重,如何通过传输系统降低发散角并获得低衍射效应光束就显得尤为重要。本文首先利用Simatrix、Zemax及Grasp三种软件综合模拟仿真方法,设计了基于离轴抛物镜组的传输系统,但由于商用的离轴抛物镜焦距都较长,对QCL太赫兹源的出射波束聚焦效果不明显,无法有效进行波束监测,因此无法用于高性能太赫兹传输系统的实际工程研制。其次,我们仿真模拟了基于太赫兹波透镜的传输系统,发现虽然透镜的引入带来了不小的能量损失,但由于其强聚焦的特性大大提高了波束的单位功率密度,为波束的有效监控创造了条件,实验研究表明,单透镜与双透镜皆可明显降低QCL光源的衍射效应,这为高性能太赫兹波传输系统的工程研制提供了可能。最后,基于中国工程物理研究院激光聚变研究中心的太赫兹数字全息成像研究平台,开展了离轴和同轴数字全息成像实验,获得了硅臂、自制分辨率板及蟋蟀腿等样品的全息再现像,从而验证了高性能太赫兹波传输系统设计模拟设计的正确性与有效性。