太赫兹波是指介于微波和红外线之间，频率在0.1—20THz范围内的电磁波，是电磁波谱上由电子学向光子学过渡的特殊区域，也是宏观经典理论向微观量子理论过渡的交叉区域，具有重要的科学价值和应用价值。太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）是基于飞秒超快激光技术的THz波段光谱测量新技术，它利用物质对THz辐射的特征吸收来分析材料组成及其结构的细微变化，因而近年来被广泛运用于化学、生物材料在THz波段的光学特性研究。本文利用THz-TDS技术并借助于量子化学计算方法对自然界存在的多种典型糖类和氨基酸类化合物进行了光谱分析。研究结果表明，生物分子的远红外吸收特征对于分子的结构和空间排列非常敏感，THz-TDS技术可以鉴别物质结构存在微小差异的化合物，因而可以用于物质检测与分析。本文的主要工作和创新点如下：（1）利用THz时域光谱技术系统研究了14种典型糖生物分子在室温氮气环境下的远红外光谱特性，获得了它们在0.2-2.6THz范围内的频域谱和高分辨率特征吸收谱。实验结果表明，14种糖生物分子样品在THz波段的吸收谱都表现出了明显不同的特征，可以作为糖生物分子的指纹谱对结构上存在微小差异的糖生物分子进行鉴别。本研究结果为建立糖生物分子的指纹谱库以及深入分析糖生物分子的构型、构象等问题提供了重要的实验依据。（2）针对糖的THz吸收谱之间存在的共性和差异性问题，提出了一种结晶态、非结晶态葡萄糖实验测量与量子化学计算相结合的研究方法。研究结果表明，己糖在2.09THz处的共性吸收峰来源于己糖分子中吡喃环扭曲振动引发的集体振动模式；而己糖的其它特征吸收峰主要来源于晶体结构中由氢键网络支配的分子间集体振动模式。（3）对二糖和组成二糖的己糖进行了对比实验研究。实验结果表明，在相同的THz频段内二糖有着比己糖更多的特征共振吸收峰。通过分析单糖与二糖之间分子结构的差异，讨论了二糖的THz特征吸收谱和由其分子间氢键和分子内氢键共同作用的集体振动模式之间的关系。（4）提出了一种基于THz时域光谱技术的手性药物检测新方法，并对该方法的理论机理进行了深入分析。该方法以谷氨酸和苯丙氨酸为例对手性对映体及其外消旋化合物进行了THz光谱测量，研究结果表明氨基酸手性对映体及其外消旋化合物的THz吸收谱之间存在明显差异。该差异主要来源于不同晶体结构所导致的不同晶格振动模式和不同分子间弱相互作用；由于分子结构差异较小，分子内振动模式对氨基酸手性对映体及其外消旋化合物的光谱差异影响不大。该研究为食品安全和手性药物安全检验提供了一种快速、高效、非接触和无损伤的新型检测手段。（5）提出了一种THz时域光谱技术、傅立叶变换红外光谱技术和量子化学模拟计算相比较的生物分子研究方法。该方法在更宽的频率范围内对β-D-吡喃半乳糖分子的振动模式进行了探讨，基于密度泛函理论B3LYP／6-311+G^**的计算结果，借助于可视化软件GaussView 3.0对半乳糖在1.5-19.5THz范围内的振动模式进行了详细的指认。研究结果表明β-D-吡喃半乳糖的理论计算与实验光谱吻合的很好，实验光谱在6THz以上频段的共振吸收峰来源于分子内的振动模式，而6THz以下低频段的共振吸收峰则主要来源于分子间氢键网络和晶体的声子模式。