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超高太赫兹频段(2-6 THz)的高分辨率光谱学（v/△v＞106，v为频率）在天文观测与大气遥感探测研究中均扮演着十分重要的角色。一方面，对于天文观测，借助高分辨率光谱学人们可以深入研究天际宇宙间物质的物理及化学构成和演化，进而探寻原始宇宙中未被认知的重要信息。尤其是对应太赫兹频段的星际辐射谱线，有助于解明恒星，行星以及星系形成和演化过程中的重要问题。另一方面，对于大气探测，超高太赫兹频段的高分辨率光谱学对于解答全球气候变暖，臭氧空洞这些大气问题提供了有力的科学依据。但是，迄今为止由于受到本地振荡源技术发展的限制，超高太赫兹频段(2-6 THz)的高分辨率光谱学发展还相对滞后。而太赫兹量子级联激光器(QCL)技术的发展，为该领域的发展提供了新的技术手段与方向。 本论文围绕太赫兹量子级联激光器与超导热电子(HEB)混频器集成为高分辨率频谱仪，开展了如下的研究工作。 利用宽带高灵敏度的混频器（超导HEB探测器）和单模输出功率稳定并且输出频宽较小的本振源(2.9 THz量子级联激光器)，以及后端宽带频谱仪(数字快速傅里叶变换频谱仪FFTS)集成了高分辨率太赫兹外差频谱仪。并且利用含有甲醇(Methanol，CH3OH)气体的气室作为模拟信号源，在国际上首次实现了基于太赫兹量子级联激光器作为本振信号的高分辨率分子谱线的探测。 研究了太赫兹量子级联激光器在4-K闭环机械制冷环境中的工作性能。以三阶反馈式量子级联激光器作为本振源，通过对脉管制冷机引入额外的稳定措施，首次构建了基于工作在闭循环制冷环境中的太赫兹量子级联激光器的外差式高分辨率频谱仪，并对3.5 THz甲醇谱线实现了首次成功探测与研究，且实验结果与理论模拟仿真结果吻合很好。并且利用三阶反馈式激光器高功率输出，以及频率可调特性，首次实现了频率可调节的高分辨率谱线探测。 以太赫兹分子吸收谱线作为参考信号，成功实现了对太赫兹量子级联激光器的频率锁定。并且深入研究了不同激光器器件的输出频率受工作温度，偏置电压之间的调节特性，以及激光器输出谱线线宽以及频率分布特性的关系。最终实现了简单高效的锁频系统，并取得了最小线宽仅为18 kHz的太赫兹信号源，已经能够满足高分辨率天文谱线探测的应用要求。 在此频率锁定系统基础上，通过对激光器引入额外的快速功率可控衰减器，在国际上首次实现了频率与功率同时稳定的太赫兹量子级联激光器泵浦源。并且通过与超导HEB混频器以及后端FFTS集成，成功进行了外差式高分辨率分子谱线探测。 本论文研究内容为太赫兹QCL作为本地振荡源的应用提供了技术基础与理论支撑。研究成果将直接被应用于筹备中的NASA太赫兹望远镜计划 GUSSTO(Galactic/Xgalactic Ultra long duration balloon SpectroscopicStratospheric THz Observatory)。GUSSTO应用外差混频器技术将包含三个观测频段:1.46 THz(NII谱线)，1.9 THz(CII谱线)以及4.7 THz(OI谱线)三个频段。其中4.7 THz频段将利用三阶反馈式太赫兹QCL作为本振源，并利用本论文研究成果来实现频率与功率的锁定，并且利用实验室高分辨率频谱测量对整个接收机系统进行整体测试与分析。该计划有望实现太赫兹QCL在天文应用中的首次实现。在此基础上，本论文研究成果还将为未来中国的太赫兹频段的空间，载人航天以及南极项目计划打下坚实的技术基础。