太赫兹波产生原理
本方案采用飞秒光脉冲激励THz光电导发射天线产生宽带THz波辐射，其工作原理是：半导体材料在飞秒超快光脉冲的激励下（光子的能量大于该种材料的能隙宽度），其表面会瞬间激发产生自由载流子（电子-空穴对），如果半导体表面存在偏压电场，被激发的自由载流子就会被电场加速，产生瞬变的光电流。这种快速的、随时间变化的电流辐射产生具有亚皮秒脉宽的THz电磁辐射脉冲。光电导THz发射天线的性能与光电导芯片、天线的几何结构和触发激光脉冲宽度有关。其中，光电导芯片是产生THz电磁波的关键部件，性能良好的光电导芯片应该具有载流子寿命短，迁移率高和能够承受高电压，大电流的能力。
太赫兹波探测原理
本方案采用THz 光电导接收天线（PCA2）探测THz 波脉冲信号。PCA2 的内部结构与PCA1 相同，但其工作时，将偏置电压换成了电流检测电路。入射的飞秒激光（探测光）用于激发半导体材料表面产生载流子。由于THz 信号的脉宽为ps 量级，而探测光的脉宽为fs 量级，因此相对于探测光，接收到的THz 信号相当于给PCA2 提供了一个“直流”偏置电场，因此半导体表面被激发的自由载流子在THz 电场的作用下形成电流，该电流信号的幅度与THz 电场的幅度成正比关系。 以上过程实现了对THz 脉冲波形中其中一个位置点的采样功能。采用光学延迟器来改变THz 脉冲信号和探测光到达PCA2 的相对时延，即可实现对THz 脉冲波形的完整采样功能：
太赫兹光谱分析原理
上述THz 波探测技术获得的是THz 时域脉冲的电场强度数据，对该数据执行快速傅里叶变换（FFT）即可获得THz 光谱数据。利用该设备对样品进行成分分析时，设备向待测样品发射THz 脉冲，并测量透过样品或被样品反射的THz光谱。由于很多生物大分子和化学大分子在THz 波段具有特殊的吸收峰，因此通过分析样品的THz 光谱中的吸收峰位置，即可实现对样品成分的识别功能。
太赫兹光谱层析成像原理
采用基于飞行时间的反射层析图像重构技术，其实现原理和方法为：当太赫兹波脉冲入射到物质表面时，反射波由一系列从边界上反射的脉冲组成；利用太赫兹光谱测量系统记录太赫兹反射波的时域波形，该时域波形中的反射峰对应物质的内部分层界面，而反射峰的时间间隔则表征了分层结构的厚度；利用二维平移台移动太赫兹光谱测量探头，重复上述测量分析过程，即可重构出物品整个平面的分层结构图形。
