太赫兹技术自二十世纪出现之后,吸引了科研人员极大的兴趣,特别是进入二十一世纪后,太赫兹相关的科学研究与技术应用都进入了日新月异的蓬勃发展状态。在基础研究领域,各种高效、简便、实用的太赫兹辐射源和探测器层出不穷,太赫兹波与不同物质的相互作用不断被揭示,太赫兹波的各类调控器件如雨后春笋,此外,太赫兹技术与其他技术相结合的跨学科研究也在不断深入进行当中。在技术应用领域,太赫兹开始尝试应用于生物医学,太赫兹安检仪也已经投入实用当中,特别是利用太赫兹波进行无线通讯,更是引人注目。太赫兹技术具有巨大的应用价值,但是仍有许多需要深入研究和改进的地方。其中主要有以下两点:一、很多材料在太赫兹波段的响应仍是未知的,而只有探测清楚了各类材料与太赫兹波相互作用的特性,设计太赫兹器件才能有迹可循。二、太赫兹技术的实际应用离不开各类高效的调控器件,但是目前太赫兹功能器件仍然比较匮乏。因此,本文主要围绕太赫兹波段的物质响应与太赫兹波主动调控器件开展了如下的工作,具体的内容包括:1.完成太赫兹系统相关的实验搭建工作。分别基于光电导天线和非线性晶体光整流效应,搭建了两套高信噪比、高稳定性的透射式太赫兹时域光谱系统。同时,为了拓展太赫兹系统的应用范围,将532 nm的连续激光器与77～800 K的大范围恒温腔集成到基于光电导天线的太赫兹系统中;此外,通过引入高能量的飞秒脉冲泵浦,将基于碲化锌晶体的太赫兹时域光谱改建为时间分辨太赫兹光谱系统,为太赫兹相关的研究奠定了基础。2.利用自行搭建的两套太赫兹系统初步探究了一些材料,特别是量子功能材料与太赫兹波的相互作用。重点测量了不同周期数的La0.7Sr0.3Mn03/SrTi03超晶格薄膜的太赫兹响应,发现了 532 nm连续激光的泵浦对此超晶格在太赫兹波段的介电常数具有较大的调控作用,并通过Drude-Lorentz模型的拟合对此现象进行了合理的解释。同时,利用时间分辨太赫兹光谱系统,测量了 GaAs单晶,石墨烯,以及InSb纳米线等材料的载流子动态特性。通过一系列的材料测量与分析,深入了解了各种材料在太赫兹波段的物性,也显示出了太赫兹光谱技术在材料科学领域的重大作用。3.考虑到当下对太赫兹波超快调控的迫切需要以及紧缺的现状,设计并制作了基于硅介质的超快调控超表面。通过对硅薄膜进行离子注入和快速热处理工艺,大大减小了硅的载流子寿命并提高了自由载流子浓度。然后通过光刻、刻蚀工艺将硅薄膜加工为能在太赫兹波段共振的圆盘阵列结构的超表面。利用红外飞秒脉冲的激发,实现了此超表面对太赫兹波的皮秒量级的超快调控功能,并基于半导体载流子动力学建立理论模型对其进行了合理的解释。4.到目前为止,绝大部分的太赫兹波调控器件功能单一,只有一个调制效果,这在未来太赫兹技术的进一步发展需求中就显得有些捉襟见肘。有鉴于此,基于Vo2的绝缘-金属相变,通过将VO2与金属非对称开口谐振环结合,设计了一种太赫兹波段的多功能可调谐复合超表面。此复合超表面能够通过加热和施加电流的方式实现对透射的太赫兹波的振幅调控,绝对调制深度高达54%,品质因数高达138%。基于VO2在相变过程中的回滞现象,此复合超表面可以通过电流触发实现室温下对太赫兹波的记忆存储功能。此外,利用超快强脉冲泵浦,此复合超表面还能实现对太赫兹波的超快调控。