太赫兹(THz)技术在远程遥感、雷达监测、国防建设、大气环境监测、生物医药检测、国民安全、高速通信与传输等领域具有很好的应用前景。然而，缺乏功率高、稳定性好的THz波源是制约THz技术发展的瓶颈之一。光电导天线(photoconduction antenna，简称PCA)具有体积小、结构简单等优点是发射THz波的理想器件。本文首先概述了THz波技术以及其应用领域对研制高功率THz波源的需求及目前THz研究存在的不足。基于光激发电荷畴的模型论述了光电导天线在非线性模式工作的机理，并分析了线性和非线性两种工作模式，论述了非线性模式产生THz波的优点探讨了该方法至今无法实现的原因：太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)中触发光源光能量过低，使得天线无法进入非线性模式和非线性存在的锁定效应影响天线使用寿命。
　　根据THz波辐射与光电导天线载流子及外加偏置电场的关系，分析说明大孔径光电导天线在非线性模式下的电脉冲波形辐射的电磁波在THz波段。理论上计算了光电导天线进入非线性模式所需要光能的物理极限为1.1nJ，表明目前所用使用的THz-TDS系统中飞秒激光器可以满足其进入非线性对光能的要求。搭建并优化弱光触发系统，采用Auston电路利用示波器监测天线的工作模式；基于实验所用触发光能为nJ量级，而外界光能对光能测量结果影响较大的问题，设计了测量与触发同步的实时监测光路。分析了GaAs吸收机制并通过实验测试GaAs芯片不同光能、不同波长光的吸收率情况，为实验系统的搭建、优化以及实验结果的分析提供了重要的实验依据。
　　利用弱光触发系统，对电极间隙为0.55mm的大孔径光电导天线在偏置电场为78kV/cm情况下，实现了触发光光能为24.3nJ时光电导天线工作在非线性模式，此结果在目前使用的飞秒激光器的光能范围内，解决了目前THz-TDS中飞秒激光光能过低而无法实现光电导天线进入非线性模式的问题。基于天线工作特点提出可表征天线进入非线性模式程度的倍增率的概念。通过对实验数据的分析，分别计算获得了纳焦量级弱光触发下非线性及线性模式的倍增率。
　　以上结果为光电导天线非线性模式产生THz波提供了重要的理论及实验基础，同时对多光路触发系统的实现也具有重要意义。