科学技术的迅猛发展使得电子芯片的集成度成倍增加,根据摩尔定律的预测,未来几十年内电子芯片的集成度即将达到极限,想要在本质上提高电子器件的工作性能需要另寻其它途径。相较于电子,光子具有更快的传播速度,更高的容错率,且其自身的抗干扰能力更强,因此利用光子来代替电子,制备出高性能、高集成度的光子器件现今已成为一项基础性的研究课题。而超构光子学正是一门研究如何利用光子器件来代替现有电子器件的新兴学科。其中通过在超材料或超表面上激发表面等离激元可以实现许多新奇的物理效应,如:光学旋转效应、光的不对称透射、圆二色向性、超透镜、异常折射等。然而,传统的超构材料是由金属构建而成,因缺乏主动调控能力而大大限制了其应用范围。针对这一问题,本文利用金属的表面等离激元特性与新兴的二维材料石墨烯相结合,设计了几种可调控的微纳光子学器件,以期为未来集成光学的发展提供一些可行的设计方案,其主要内容包括:1.基于石墨烯的可调控特性,设计一种石墨烯加载的等离激元单向耦合器。该结构由不对称金属纳米天线对加载在石墨烯杂化波导上构成。通过纳米天线激发金属的表面等离激元,利用石墨烯调控不对称纳米天线对的辐射相位,进而实现了单电压对表面等离激元传输行为的动态调控。相比于过去的文献报道,该结构具有小尺寸、高消光率(≥2600)、宽带宽(6.3~7.3μm)且易于光电集成等优点,该器件在未来的光子集成与光电子学领域具有重要的应用价值。2.设计了一种基于石墨烯的表面等离激元窄带中红外吸收器,该器件是由一种漏斗状的金属光栅结构与石墨烯条带阵列上下堆积而成。在入射波长为7.86μm的中红外波段,可实现对入射光100%的完美吸收。通过计算相应波长处的场分布,揭示了其物理机理,即完美吸收是由于金属光栅激发的磁共振与石墨烯条带的局域等离激元的共振耦合而成。此外,通过调谐石墨烯条带的费米能级还可以适当的调谐该器件的吸收带宽。该器件可克服中红外波段石墨烯由于自身的带内跃迁导致其较小吸收的物理瓶颈,为未来设计中红外波段的石墨烯光探测器、调制器、传感器等器件提供了理论可能。3.根据上述研究内容,我们在此基础上设计了一种基于金属槽内填充部分电介质的石墨烯超表面结构,利用石墨烯条带的等离激元共振与光栅腔中的磁共振产生的强耦合导致的Rabi分裂,实现了一个宽带的石墨烯完美吸收器。通过调谐该结构的相关参数和费米能级,可以调控该器件的带宽,以期实现宽带高效的石墨烯光探测器与调制器,为未来集成光路的实现提供可能。