光频梳由一系列频率稳定性高、相位噪声低的等间距频率线组成。光频梳在高分辨成谱、绝对频率测量、激光测距等领域具有重要应用。双光梳由两个光频梳组成，可通过两个光频梳的多外差混频信号对物质进行特征谱检测，在微波波段反映物质在光学波段的特征谱。近年来，可见光与近红外双光梳技术取得了重大发展，早已实现了双光梳多外差光谱测试，但是在太赫兹 (terahertz, THz) 波段，双光梳多外差光谱研究仍处于起步阶段。量子级联激光器 (quantum cascade laser, QCL) 具有高输出功率，宽频率覆盖、高光束质量等优点，适合用于太赫兹光频梳的产生，进而应用至THz 双光梳系统中。由于QCL是电泵浦的，且具有小尺寸、轻重量和低功耗等特点，可实现紧凑型的THz 双光梳系统，用于THz光谱学、成像、通信等方面。由于QCL器件内部噪声、温度与电流不恒定等非理想效应，自由运行的THz QCL光频梳并不稳定，阻碍了THz QCL双光梳在精密测量领域的应用。THz双光梳的有效稳频一直是本领域学者所关心的重要课题。目前国际上已实现了单个THz光频梳的锁定，尚未实现对THz双光梳多外差信号的直接锁定。本研究提出了一种对THz双光梳稳频的创新方法，即采用直接对THz双光梳多外差信号进行稳频的方法，避开了传统光学方法的复杂操作。另外，针对目前尚未有THz双光梳多外差信号完全锁定的工作被报道，本研究也填补了这一空白。本文就THz双光梳稳频展开讨论，实现了THz QCL双光梳多外差信号的完全锁定。主要内容和创新点如下：(1) THz QCL光频梳工艺与性能表征。采用半绝缘表面等离子体波导工艺，工艺流程包括制作上电极、腐蚀台面、制作下电极以及衬底减薄等。对THz双光梳中两个QCL光频梳器件进行性能表征，包括功率-电流-电压特性、发射光谱、模式间拍频信号等方面的测试。THz双光梳的两个QCL工作在32 K，激射频率为4.2 THz，最大功率分别为1.9 mW和2.2 mW。光频梳1和光频梳2工作在光频梳模式对应的驱动电流范围分别是是700 ∼ 820 mA 和730 ∼ 850 mA，最终选择双光梳的两个QCL驱动电流均为790 mA，此时它们具有较好的光频梳特性以及相似的发射光谱，可产生良好的双光梳多外差信号。(2) THz双光梳多外差信号锁相研究。提出直接对THz双光梳多外差信号一根梳齿进行锁相进而提高双光梳稳定性的方法。该方法对载波处于微波波段的双光梳多外差信号进行混频、锁相等操作，避开了在光学波段混频的复杂过程。本研究利用锁相环技术对两个4.2 THz光频梳的混频信号——双光梳多外差信号的一根梳齿锁相，基于自探测技术，光频梳2对光频梳1进行探测和混频，产生的双光梳多外差信号经过下混频后，送入锁相环进行锁相。实验结果表明，与自由运行模式的双光梳多外差信号相比，锁相后的双光梳多外差信号频率/幅度艾伦方差、相位噪声、“Maxhold”(最大保持) 线宽等性能均得到有效提高。其中，被锁相梳齿的相位噪声降低14 dB (频率偏移量为1 MHz处)、频率艾伦方差降低2个数量级。另外，本研究测得了双光梳多外差信号的时域波形，由于频率稳定性的提高，锁相后的双光梳产生了包络清晰的脉冲信号。(3) 基于微波注入的THz双光梳多外差信号完全锁定研究。在本研究中，利用微波双注入和锁相环技术，对双光梳多外差信号实现完全锁定。其中微波双注入用于锁定2个光频梳的重复频率，锁相环电路用于锁定双光梳多外差信号的一根梳齿，进而锁定了双光梳多外差信号的载波包络偏移频率和重复频率，实现了双光梳多外差信号的完全锁定。实验结果表明，与自由运行模式和“仅锁相”模式相比，完全锁定模式的双光梳多外差信号的“Maxhold”线宽、相位噪声、频率和幅度艾伦方差均显著下降，信噪比也得到有效提高。其中，双光梳多外差信号梳齿“Maxhold”线宽从4 MHz降至5 kHz，信噪比提升至61 dB。另外，完全锁定模式的双光梳多外差信号可产生连续稳定的脉冲信号，证明了完全锁定模式下各梳齿具有长期相干性。完全锁定模式的双光梳多外差信号稳定性的大幅提高，为THz双光梳系统在光谱检测、双光梳测距、成像等精密测量领域的应用奠定基础。