物质的太赫兹光谱包含丰富的物理和化学信息,研究这一波段的光谱对于物质结构的探索具有重要意义。目前商业化太赫兹系统中的太赫兹发射器件多采用太赫兹光电导天线。但是,太赫兹光电导天线依然面临着输出功率较低的问题,这也限制了其在需要高功率太赫兹的无损检测中的应用,比如飞机用复合材料的无损检测等应用。近年来,研发高功率太赫兹发射器(或太赫兹光电导天线)越来越成为研究的热点。随着微纳米技术的发展,基于表面等离子体增强的太赫兹器件成为一个重要研究方向。为此,本论文旨在解决太赫兹光电导天线输出功率较低的问题,主要研究了太赫兹光电导天线的太赫兹产生原理,探讨影响太赫兹光电导天线辐射强度的因素,并设计一种基于表面等离子体增强的新型太赫兹发射器件,具体工作如下:系统介绍了太赫兹光电导天线涉及的电磁场和半导体理论。说明了电磁场计算的基本方程、介质的本构关系、波动方程和几种电位移场模型,阐述了半导体载流子浓度分布函数及其运动的基本方程,介绍了光激发半导体产生载流子的原理和几种常见的载流子复合形式。利用COMSOL多物理场仿真软件对传统光电导天线进行有限元模拟仿真。建立太赫兹光电导天线模型,利用模型计算了太赫兹辐射强度及其随偏置电压和激光功率的变化趋势。模拟仿真结果表明:太赫兹辐射强度与偏置电压约为正比关系;太赫兹辐射强度随激光功率的增强而增强,且存在一个饱和趋势。设计并搭建太赫兹光电导天线实验系统,阐述了所搭建系统的基本原理,并简要介绍了所使用的主要硬件。通过实验分析了包括太赫兹波形、太赫兹辐射强度与偏置电压的关系以及太赫兹辐射强度与激光功率的关系。实验得到的太赫兹辐射强度变化与模拟仿真结果基本一致,验证了提出的仿真模型预测太赫兹辐射强度的可行性。针对传统太赫兹光电导天线输出功率较低的问题,提出一种基于金属阵列的表面等离子体增强的太赫兹光电导天线结构。通过对光电导天线的多物理场分析,阐明了这种表面等离子体增强光电导天线的增强机理。利用模拟仿真计算对比表面等离子体增强和传统光电导天线的太赫兹辐射强度,结果表明表面等离子体增强光电导天线的太赫兹辐射强度比传统光电导天线显著增强,该结果为表面等离子体增强的太赫兹光电导天线设计提供重要参考。