近年来,太赫兹波技术为科学研究和实践应用带来新的机遇。太赫兹波技术已广泛用于药物应用、光谱测试、安全检查、军事战争和生物组织成像等领域。太赫兹时域光谱系统（terahertz time-domain spectroscopy,THz-TDS）作为光谱技术的核心,在许多研究领域得到重大应用。随着社会和科学研究的需求,人们希望THz-TDS系统具有宽频谱范围、高信噪比、小型化和稳定性高的优点。目前使用的THz-TDS系统中,光电导天线（Photoconductive Antennas,PCAs）由于其功率高、频谱范围较宽、良好的稳定性等优点而被广泛应用为THz发射源和THz探测器。但是,目前PCA常使用微带传输线储能,造成天线尺寸较大,并且辐射功率较低。为解决单个PCA辐射功率低的问题,提高发射源的输出功率。通过研究天线噪声、设计硅透镜天线结构,以及使用天线阵列实现功率合成是有效的方法。并且,进一步实现THz成像技术的发展,对各个领域具有重大意义。针对单个PCA功率容量限制的问题,采用PCA功率合成的方法。首先,本文设计了小型化宽带太赫兹发射阵列及探测阵列,单个光电导天线尺寸减小为200μm×150μm。并且,2×2光电导天线发射阵列和探测阵列的尺寸小于1mm×1mm。研究中先使用商用数值电磁场软件CST Microwave Studio对光电导天线和天线阵列进行设计和数值研究,讨论了不同形状的衬底透镜对天线增益的影响,以及天线阵列辐射太赫兹波的合成效率。之后,利用电子束蒸发的方法制备了光电导天线阵列,并设计搭建了基于阵列天线的THz-TDS系统进行实验测试。实验结果测得阵元的辐射功率约为10μW,并且阵元的信噪比约为50 d B。实验结果表明光电导天线阵列的太赫兹信号合成效率接近90%,提高了太赫兹输出功率。并且,探测天线阵列的噪声等效功率（NEP）小于2×10-13 W/Hz1/2,系统的电场动态范围大于40d B。之后,根据太赫兹时域光谱技术的原理和系统研究,设计并搭建了基于阵列天线的集成化THz-TDS系统。最后,进行了太赫兹成像技术实验研究工作,实验研究了太赫兹时域光谱成像和太赫兹反射式成像两种方式。太赫兹时域光谱成像中编写了S形电控位移程序,提高了成像效率。太赫兹反射式成像系统采用了共聚焦的原理,减少了光路元件,缩小了系统体积,最终得到了分辨率为0.3mm的THz图像。文中成像研究主要以金属圆环、带孔金属件和硬币为例,扫描并数据处理得到太赫兹图像。实验研究表明,太赫兹成像技术对安全检测等领域具有重大意义。