近年来,随着科学技术的不断进步,在力学、声学和电磁学领域迫切地需要具有特殊性质的新型材料与器件,人工超材料在这一背景下应运而生,电磁超材料也称为超介质,它具有天然材料所不具备的电磁特性,通过对超材料周期单元或单元组合规律的设计,超材料能够对电磁波的传播方向、极化方式、传播模式等进行广泛的调控。目前人工超材料在微波器件、天线系统、传感等多个领域具有深远的影响,广阔的前景,应用频段覆盖了从低频、微波、THz到光波段的广泛的频谱范围。同时对超材料的理论研究还表明超材料也可作为探索微观结构类量子效应的新平台,对人工超材料的Fano共振响应、类电磁诱导透明(EIT)等类量子效应的研究将有利于新型慢光器件、传感芯片和高效激光的开发。目前在微波频段的超材料大多利用印制在PCB板上的金属结构来实现,器件的性能受制于金属阻抗带来的损耗。全介质超表面一方面能够克服材料损耗的问题,另一方面也因为能兼容3D打印和半导体制备工艺,近年来得到了研究人员广泛的关注。由于石墨烯独特的光学和电学性质,基于石墨烯的光学器件和可调超表面成为一个重要的研究领域。基于超材料与器件中的各种类量子效应,例如类Fano共振、类电磁诱导透明(EIT)效应等等,也为利用超材料作为一个特殊的平台来研究量子现象提供了重要途径。本文主要对高介电常数的全介质超表面中的类Fano共振和石墨烯波导器件中的类EIT效应进行了详细的研究分析。(1)本文设计了一种由介质块谐振器之间的电磁耦合实现Fano共振的全介质超表面。将高介电常数的介质块嵌入低介电常数的介质衬底上,构成一个简单的类三能级原子系统。超表面透射光谱中的谐振取决于各介质块谐振器之间的耦合状态,因此可以通过调节结构参数来实现谐振的可调。当两个电磁耦合模式的共振频率几乎一致时,出现Fano不对称谐振的特殊情况,即EIT效应。所设计超表面的谐振光谱响应对周围环境折射率的变化比较敏感,在环境感测方面具有潜在的应用价值,其Q值可高达1310,灵敏度达到6.15GHz/RIU。利用时间耦合模理论和能级理论对其谐振特性进行了讨论。(2)本文提出了一种新颖的石墨烯波导器件,实现了可调类EIT效应。器件加载的石墨烯谐振器中存在准暗模和准亮模,它们之间的干涉作用导致了类EIT效应。EIT透明窗口可通过改变石墨烯的费米能级进行电调,透明窗口的振幅可以根据石墨烯等离子体波导的不同几何参数进行调节,通过改变结构的几何参数还可以对类EIT透射谱进行定制。透明窗口频率与石墨烯材料的化学势之间的关系揭示了石墨烯等离子体的二维特性。该结构为在太赫兹波段设计可调石墨烯传感器和慢光等离子体器件提供了新的解决思路。