超材料（metamaterial）是一类具有人工微纳结构和新奇物理性质的复合材料,也称为超构材料或超颖材料。该类材料具有超常的物理性质,能够突破自然材料自身的局限性,其应用价值也重点体现在对于电磁波的控制方面。例如,超透镜、偏振转换、完美吸收、隐身材料等特性。这些不断涌现的突破性进展必将为通信、传感、探测、成像等产生深远影响。近年来,随着超材料研究工作的逐渐展开和不断深入,理论和技术日趋完善,其应用范围也从光学领域向通信、能源、生命科学等逐渐靠拢,形成一系列交叉学科。超表面（metasurface）,是超材料的一种二维对应,可以实现对电磁波振幅、偏振态、传播方向等特性的灵活控制。偏振转换器是指可以改变入射光偏振方向或者偏振态的光学器件,如将x方向的偏振转换为y方向的偏振。超材料完美吸收器,顾名思义,是指入射光与人工谐振单元发生相互作用,使某一波段的光不再反射或者透射,被材料完全吸收。严格意义上讲,完美吸收器应满足偏振不敏感、大角度、宽波段等特点,但具备以上某一特点的吸收器也在特定环境下发挥独特作用。本论文主要讨论通过设计全金属结构的人工纳米结构,赋予传统的超材料偏振转换器和完美吸收器以新的物理特性,并系统介绍该应用在控制成像、光学开关、生物传感等方面所提供的新思路。论文主要内容安排如下:（1）简单介绍等离激元超材料的概念与发展历程,重点介绍基于超表面的偏振转换器与完美吸收器在各领域中的潜在应用。（2）重点介绍在设计人工纳米结构中所使用到的三维电磁仿真软件,以及样品的制备流程和测量系统的搭建。（3）研究全金属结构的偏振转换器,具体讨论L型纳米结构和金属纳米棒在控制入射光偏振方向方面的异同点,并结合微纳加工技术进行样品制备,通过实验进一步验证数值仿真的结果。（4）设计并研究一种基于磁环偶极共振模式的完美吸收器,具备高Q值,强吸收的特点。并进行仿真计算,发现该类光学器件在鉴别不同折射率溶液方面具备良好的性能。（5）对以上研究结果进行总结与展望。