太赫兹(THz)科学与技术的应用广泛，其中太赫兹波(THz)的通信以及对探测到的信号进行信号处理来获取我们所需的信息是THz技术应用中的重要领域，其中在计算机层析成像(CT)方面，THz可以穿透很多非金属非极性材料，并且由于其光子的能量低，不会对生物组织产生辐射伤害;同时在THz无线通信方面，具有大带宽、高速率和高保密性等优点。本论文的工作围绕THz量子级联激光器(QCL)和量子阱探测器(QWP)器件开展了CT成像以及无线通信应用的研究，并且分析了THz QCL的高频调制响应，同时还基于单行载流子光电二极管(UTC-PD)等光电子学器件对1THz以下频段的低频THz通信应用进行了初步研究，主要研究结果和创新点如下:　　1.采用THz QCL作为发射源，THz QWP作为探测器，搭建了太赫兹层析成像(CT)系统，实现了断层图像还原。成像系统采用平行光束扫描模式，针对采集到的投影数据，采用滤波反投影算法(FBP)、代数重建算法(ART)、同步迭代算法(SIRT)和小波(Wavelet)反投影算法四种算法进行图像重建。还原图像准确显示了样品的外部结构与内部结构（缺陷），结构还原准确度高于95％。ART与SIRT算法能够有效的抑制FBP算法带来的射束硬化效应和图像噪声干扰，并且所需数据采集时间较短。而Wavelet反投影算法的效果则介于FBP算法与代数重建算法之间。　　2.采用THz QCL作为发射器，THz QWP作为探测器，搭建了传输距离分别为2.2m与6m的通信演示系统。通过分析THz QWP器件的集总参数小信号模型，设计并且制作了THz QCL的调制驱动电路和THz QWP的探测电路，其中调制电路的最大输出电流为1A，最大输出电压为20 V，最大调制速率为30 Mbps，探测电路的带宽为11.6 MHz。在2.2m传输距离时，通信速率最高可以达到24Mbps，而6m无线THz光路平台的最大传输速率可以达到14 Mbps。并且我们利用2.2 m的太赫兹无线通信链路平台，实现了OOK调制方式的实时数字视频传输，传输速率为5 Mbps。　　3.对THz QCL的频率响应从理论与实验两方面进行了分析，通过低温探针台测试平台，验证了单面等离子体激光波导2.5 mm长的THz QCL器件调制频率带宽可以达到15.9 GHz。我们利用传输线理论讨论了其电路模型，通过拟合S11的实验测试曲线，得到THz QCL电路模型的分布参数。利用THz QCL微波整流法，结合THz QCL电路模型我们仿真了THz QCL频率响应，与实验测试结果吻合。通过微波(RF)注入锁定，在激光器阈值电流附近，我们发现拍频信号与RF信号具有强烈的相互作用，并且激光器能够被调制在谐振腔共振频率15.5 GHz上。　　4.采用UTC-PD等光电子学器件对低频THz通信应用进行了初步研究，我们基于光频率梳产生THz信号的方式搭建了320 GHz载波的无线太赫兹通信系统。光载太赫兹波信号由强度调制器调制后，经过UTC-PD光电转换，最后得到320GHz太赫兹波信号。我们分析了光频率梳的特性参数，测量了天线福射出的太赫兹波功率。通过接收端肖特基二极管探测器接收太赫兹波信号，成功实现了2.5 Gbps速率的数据信号传输，得到接收端清晰的基带信号眼图。