由于较高的生物安全性,太赫兹技术在生物医学领域具有巨大的应用前景。尤其是太赫兹成像技术,为肿瘤等疾病的无标记诊断提供了一种全新的方法。目前,传统远场太赫兹成像技术存在空间分辨率较差的问题,严重限制了太赫兹成像技术在生物医学领域的深入应用,发展太赫兹近场成像技术有助于解决这一技术难题。本课题基于光电导天线直接探测太赫兹近场的原理,在远场太赫兹时域光谱系统的基础上,利用太赫兹近场探针代替原太赫兹远场探测天线,实现了太赫兹时域近场成像系统的研制,成功搭建了透射式和反射式两套近场太赫兹系统,创新性地开展了基于太赫兹近场技术的生物样品探测工作。本文的主要内容包括太赫兹近场探测相关原理、光路设计、信号采集与提取、系统控制及人机界面编写、生物样品的制备、实验检测、数据分析等。论文首先介绍了光电导天线产生和探测太赫兹波的原理、相干探测原理、光学参数提取原理、近场高分辨成像原理以及成像方法等理论知识;接着详细讨论了近场系统的光路与电路设计、扫描成像模块的搭建与控制等技术细节;然后搭建了透射式太赫兹时域近场成像系统和反射式太赫兹时域近场光谱系统;最后,利用研制的透射式系统实现了西瓜果肉单细胞的超分辨成像检测,利用反射式系统从光谱上明确区分出了猪肉组织的肌肉区域和脂肪区域。通过完成本课题所搭建的透射式太赫兹时域近场成像系统,其标定的成像分辨率达到3μm,比传统太赫兹成像系统分辨率高出2~3个数量级;利用该系统所开展的单细胞太赫兹成像工作尚属前沿研究。此外,在完成本课题过程中所搭建的基于收发一体的反射式太赫兹时域近场光谱系统也处于领域领先水平。通过开展本课题所取得的研究成果对太赫兹近场技术的发展及其在生物检测领域的应用具有推动作用,为提高我国在太赫兹核心技术领域的竞争力有重要现实意义。