太赫兹波是一种特殊的电磁波,其波段处于电子学与光子学的过渡区,因此具有许多独特的性质。其中太赫兹波的指纹谱特性使其在生物成像领域具有明显的优势。目前,针对生物医学的太赫兹成像系统的研究不断拓展,有希望发展成主流的生物检测手段。本文以连续太赫兹波反射式成像系统为研究对象,以提升系统性能为目标,针对生物医学领域的应用进行了一系列成像关键技术的理论与实验研究。其主要内容和创新点如下:1.太赫兹反射式共聚焦成像系统的研究。理论研究了共聚焦成像系统孔径光阑对成像质量的影响,采用4.3THz量子级联激光器,设计并搭建了太赫兹共聚焦正反射式共光路成像系统,相比于斜反射离轴抛物面镜,改善了光斑质量,减少了生物组织的强散射。对分辨率板、金属样本以及石蜡样本分别进行了成像测试,结果表明系统的横向分辨率优于250μm,图像均匀度优于95%。2.太赫兹反射式成像系统探测窗口的优化设计。理论计算了不同材料及厚度的太赫兹成像反射窗口产生的干涉噪声对成像质量的影响,提出了一种干涉消除反演算法。选用高阻硅窗口,消除了生物成像的不确定性半波损失。实验上利用新鲜的猪肉组织和小鼠脑组织进行了成像测试,结果表明干涉消除方法使图像的对比度提升了两倍以上。3.提出了基于光学隧道效应的反射窗口—棱镜分离技术。理论计算了偏振、入射角度以及空气隙厚度对光耦合效率的影响。基于光泵浦太赫兹激光器,搭建了基于新型反射窗口的太赫兹成像系统,系统的光耦合效率为83%,采用p偏振光,系统的背景均匀性为80%。水滴太赫兹成像的实验结果表明,新型反射窗口的成像结果边缘清晰无发散,成功的克服了分辨率退化效应。