电磁超材料是一种可人工灵活设计的周期性结构,通过对其单元结构及单元结构的排列顺序的设计,可使其具备常规自然材料所不具备的特殊电磁特性。磷烯作为一种类石墨烯的新型单原子厚度二维材料,由于其特殊的原子排列,使其具备面内各向异性,为超材料的研究与发展提供了一种新的思路。本文基于金属和磷烯超材料,设计并研究了多款透射型与反射型极化转换器。主要内容如下:(1)基于金属超材料结构,设计了两款透射型多频带交叉极化转换器。第一款为金属非对称双“十”字结构透射型交叉极化转换器。该极化转换器由上下两层相互垂直的光栅结构及中间两层相同的非对称双“十”字结构超材料构成。中间层的“十”字结构四个枝节均不相等,使其具有多个工作频带,包括0.99THz-1.09THz、1.10THz-1.30THz、1.40THz-1.51THz及1.60THz-1.65THz。在上述频带内,能有效的将入射的线极化波转换为交叉极化的透射波。同时,利用中间层金属超材料结构的表面电流分布揭示了该极化转换器的极化转换机理。第二款为金属“WIFI信号”形周期结构透射型交叉极化转换器。该结构上下层为正交光栅,中间层为旋转对称的“WIFI信号”形结构。工作频段为0.26THz-0.37THz,0.42THz-0.47THz,0.63THz-0.65THz及0.68THz-0.74THz。通过扫描结构的不同参数,研究它们对透射极化转换性能影响。(2)基于金属以及磷烯超材料,分别设计了一款反射型极化转换器。第一款为金属“WIFI信号”形结构多频带反射型交叉极化转换器。该结构上层为“WIFI信号”形金属微带结构,下层为金属反射地板,中间层为介质材料。工作频段为0.32THz-0.39THz、0.49THz-0.60THz及0.71THz-0.78THz。第二款为双“L”形磷烯超材料反射型线-圆极化转换器。首先研究了单层磷烯在中红外频段内的介电常数,基于此设计了一款超宽带反射型线-圆极化转换器。该极化转换器呈类三明治结构,上部为多层双“L”形的磷烯材料,底部为金属反射地板,地板与磷烯及各层磷烯之间均为介质材料。通过扫描结构参数,深入研究它们对极化转换性能的影响,获得最优的工作频段为12.82THz-23.28THz。仿真结果显示,当磷烯的褶皱脊分别垂直于x与y方向时,极化转换器的相对带宽分别达到47.8%与58%。结合磷烯层及金属地板的电流分布和等效偶极子谐振理论,揭示了该极化转换器的工作机理。