太赫兹（Terahertz, THz）波兼具微波的电学特性和红外波的光学特性，是重要的前沿交叉研究领域，在物质谱检测、生物医疗方面等方面具有巨大的应用潜力。量子级联激光器（Quantum Cascade Laser, QCL）由于其高功率、可调谐、电泵浦的特性，是1-5 THz最高效的辐射源之一。光频梳是由一系列等间距且稳定的频率线组成的宽带相干光源，有望解决THz领域中高稳定频率标准等核心问题，促进THz技术向高精尖方向发展。THz QCL是产生太赫兹光频梳的理想辐射源，基于THz QCL光频梳的双光梳是一种新型多外差光谱技术，具有实时光谱检测、高频率分辨率等优势，是THz高分辨光谱检测的理想方法。随着科学技术的发展，科学家对微观世界的研究越来越深入，传统光学显微镜受限于衍射极限，难以分辨物体的微观细节。近场扫描显微技术（Scanning Near Field Optical Microscope，SNOM）是借助纳米探针探测物质倏逝场信息的手段，突破衍射极限，实现纳米级别空间分辨率显微成像。THz双光梳和近场扫描显微技术结合，能够同时达到时间、空间、频率的高分辨检测，将开启新的微观光谱学研究领域，有望揭示常规技术无法探测到的新物理现象，从而促进材料科学、生物医学、化学等基础学科实现突破。本文主要研究成果和创新点如下：1. 为了提高太赫兹波与近场探针耦合效率，提高THz QCL光频梳频率稳定性，通过设计对称热分布的QCL封装结构，同时实现THz QCL出射光偏振态调整及热管理。实验中THz QCL采用脊形波导，出射光具有线偏振态。当太赫兹波偏振方向与探针平行时耦合效率最高，改进传统的THz QCL封装方式，在保证波导结构不变的情况下改变偏振方向。进一步，基于有限元的多物理场模型对器件散热进行仿真模拟，设计对称性散热结构，降低QCL实际工作温度5.9 K，使其获得更均匀的热分布。实验表明，采用新型封装结构的THz QCL光频梳模式间拍频信号（Beatnote，BN）的信噪比最高提升16 dB，幅值艾伦方差降低两个数量级。双光梳最高工作温度提高约7 K，双光梳梳齿在1 MHz处的相位噪声减小25 dBc/Hz，具有强的稳定性。该工作在满足近场探测需求的前提下，提出一种使用对称热分布样品架的普适方法提高THz QCL的最高工作温度，提高光频梳器件的相干性、信噪比，提高双光梳的频率稳定性，该方法为后续太赫兹双光梳近场系统工作提供高性能器件支撑。2. 设计并搭建了太赫兹近场系统，该系统具有通用性，兼顾多种太赫兹光源、探测器，适用于多种太赫兹近场探测方式。使用两个THz QCL光频梳作为激光器和探测器，以s-SNOM和PF-SNOM两种近场探测手段进行近场光谱探测，成功获取包含样品金的近场信息的双光梳光谱。提出并验证多种太赫兹双光梳近场信号解调方法，如基于锁相放大器高阶解调、基于频谱分析仪实时解调、基于Boxcar的解调方案等。使用THz QCL和THz 量子阱探测器（QWP）作为光源和探测器进行THz成像，清晰分辨出硅和金的二阶近场信号，金的近场响应约是硅的三倍，成像空间分辨率达到95 nm，是入射光波长的0.13\%。该工作验证了太赫兹近场系统的探测能力，推动了近场光学和THz QCL双光梳光谱检测的结合，为微观光谱学测量打下基础。3. 太赫兹近场系统中的大量背景反射信号会对THz QCL产生光反馈调制，因此研究了THz QCL光频梳在光反馈调制下激光器工作模态的转变。THz QCL在刚突破阈值电流时由于增益较低，一般以单模工作，随着驱动电流的增加，模式逐渐增多，并通过四波混频以光频梳模式工作。本工作研究发现，THz QCL刚超过阈值电流但尚未进入光频梳模式工作时，通过较弱的光反馈能够激发起很强的模式间拍频信号，表示光反馈能够诱导THz QCL工作在光频梳模式。当THz QCL已经工作在较高的驱动电流，产生自启动光频梳时，引入光反馈会破坏光频梳的相干性。改变反馈强度，两种电流情况下的光频梳拍频信号都会产生周期性的变化。与高电流驱动的自启动光频梳相比，光反馈激发的光频梳稳定性略有下降。进一步的，设计了基于光反馈的THz QCL双光梳系统，实验验证了弱光反馈诱导单模THz QCL形成光频梳的能力。该工作为研究近场系统中基于光反馈的THz QCL复杂的非线性动力学提供了重要实验数据，为THz QCL光频梳的调谐性增加了新的探索维度。