太赫兹时域光谱（Terahertz Time-Domain Spectroscopy,THz-TDS）技术由于具有水分敏感性、无损性、指纹谱性等特征,在生物医学领域具有重要的应用前景,目前常被用于对生化材料的物性表征以及对人体皮肤的活体实验上。然而,目前对人体皮肤的活体太赫兹实验缺乏科学完善的实验流程和数据处理方法,并且对皮肤介电模型的拟合上也存在精度欠佳的问题。另一方面,对太赫兹皮下血糖监测课题的初步研究涉及到薄层溶液的精确表征,需要进一步研究提高表征灵敏度的太赫兹测量方法。本文提出了一种基于遗传算法的人体皮肤介电拟合的二阶优化方法,建立了不同区域人体皮肤的双德拜模型;同时提出了一种具有高灵敏度的多层反射结构,表征测量了不同浓度变化梯度的葡萄糖溶液。论文主要研究工作和创新点如下:（1）从电磁学和光学理论出发,基于太赫兹波在介质中的传播机理,推导出了太赫兹时域光谱技术中常见测量模型的实验数据处理和参数提取算法,包括反射式THz-TDS下块状样品和薄层样品的测量模型,以及透射式THz-TDS下块状样品和薄层样品的测量模型,作为太赫兹时域光谱实验提取样品介电特性和光学特性的理论基础。（2）研究了太赫兹频段生物组织的介电模型以及常用的模型拟合方法,接着在遗传算法的知识基础上,提出了一种基于遗传算法的二阶优化拟合方法,围绕太赫兹频段双德拜模型的拟合精度进行了对比研究。同时在反射式THz-TDS下进行了人体皮肤的活体太赫兹实验,给出了活体太赫兹实验的操作方法和数据处理算法,并建立了三种皮肤区域的双德拜模型。（3）研究了THz-TDS的薄层溶液表征方法,提出了一种针对复杂的多层测量模型的数值求解算法,能够稳定、快速地提取太赫兹光学特性。同时提出了一种评价太赫兹测量结构表征灵敏度的指标,仿真分析多层反射结构在各种基底材料和样品厚度下所具有的灵敏度大小,由此提出了一种具有高表征灵敏度的窗口-样品-反光镜结构,并使用该结构对质量百分比浓度为0～20%且浓度变化梯度为5%的葡萄糖溶液进行表征,并基于有效介质理论建立了折射率的理论模型。