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近年来，THz研究逐渐成为很多国内外研究所和高校的热门研究方向。在THz-TDS技术中，THz脉冲信号的探测速度与信号的信噪比是影响THz成像和THz探测的两个主要因素，因而提高THz-TDS中信号的信噪比与探测速度具有重要的意义。 本论文主要分为两个部分，即快速光学延迟线的设计和相位漂移补偿型自适应数字锁相放大算法的设计。为了提高对THz脉冲信号的探测速度，基于渐开线原理设计了快速光学延迟线装置，该装置的延迟距离为40.036mm，延迟时间为133.45ps，线性度误差为0.419％，平稳性误差为0.806％，扫描频率为20Hz。为了改进锁相放大器的性能，提出了正交矢量相位漂移补偿型自适应数字锁相放大算法，采集到的THz信号的信噪比在68dB以上。 本论文主要的工作和创新点为: 1、首次提出基于渐开线原理的快速光学延迟线装置。根据光电导式THz-TDS系统及等效时间采样原理，分析了渐开线的基本原理并建立数学模型，推导了光学延迟线装置的延迟距离公式;对延迟装置结构设计进行了分析;对转轴零件进行有限元-模态分析;对装置中的旋转转轴与渐开线曲面基圆的偏心误差进行了分析;对光束通过延迟线装置后的光斑畸变进行了理论与实验分析。 2、对延迟线的性能参数进行测试与分析。采用迈克尔逊干涉技术，对延迟线装置的延迟线性度、延迟平稳性、延迟距离和扫描频率进行了实验验证。对比常用光学延迟线，该装置能够提供较大的延迟距离和较高的扫描频率，同时具有线性度好、平稳性好等优点。 3、首次提出相位漂移补偿型自适应数字锁相放大算法。根据锁相放大原理，对正交矢量型锁相放大算法中相位漂移误差进行补偿，采用过采样的方法提高采样后ADC的分辨率和恢复信号的信噪比。 4、对相位漂移补偿型自适应数字锁相放大算法进行实验验证。采用信号发生器模拟微弱的正弦信号和天津大学太赫兹研究中心8F共焦THz-TDS系统，得到的信号的信噪比明显优于模拟锁相放大系统采集的信号。