红外超材料吸波结构是近年来出现的一种新型人工电磁结构材料,其独特的电磁谐振特性使之迅速成为了人工电磁结构材料领域中的研究热点。这种新型人工电磁结构材料的出现极大地扩展了红外波段电磁波与物质之间的作用方式,使其在包括选择性热发射、敏感探测和红外反探测等领域中展现出了巨大的应用潜力。本论文以基于表面等离子体激元特性的红外超材料吸波结构为研究对象,针对红外超材料吸波结构吸收频点单一、吸收频带窄的限制,围绕多峰和宽频吸波结构的设计开展了一系列的研究工作。论文工作讨论了红外超材料吸波结构研究中所涉及的表面等离子体激元激发机制、电磁响应特性和谐振行为规律,并提出了多种具有多峰和宽频吸收效果的吸波结构。在此基础上,针对红外反探测这一应用背景,提出了基于红外超材料吸波结构的热辐射调控方法。本论文的主要工作如下:(1)构建了适用于红外超材料吸波结构的等效电路模型。根据红外超材料吸波结构中的电磁场与电流分布,建立了联系吸波结构的结构参数以及介质层材料参数与谐振频率之间关系的等效电路模型,并结合表面等离子体激元的激发响应特性,得出了影响吸波结构谐振频率的几个关键因素,为多峰和宽频吸波结构设计提供了理论指导。(2)提出了一种基于介质层材料调制的多峰和宽频红外超材料吸波结构。针对目前多峰和宽频红外超材料吸波结构多是基于谐振图案设计实现的现状,利用介质层材料相对介电常数的谐振调制,即表面等离子体激元对介电常数的响应特性,通过多个谐振层叠加的方式,实现了多峰和宽频的吸收效果。此外,在这种吸波结构中还发现了多谐振的吸收峰能够基于不同的损耗机理而产生。(3)提出了一种具有慢波特性的宽频红外超材料吸波结构。通过对介质层材料相对介电常数的梯度设计,利用慢波模式的激发,实现了一种具有宽频带的吸波结构。该结构对入射波角度不敏感,并且通过设计还能够实现极化不敏感的吸收效果。(4)提出了一种基于红外超材料吸波结构的热辐射调控方法。基于热辐射相关理论,利用红外超材料吸波结构灵活的谐振频率和吸收率可调控性,以所设计的多峰和宽频吸波结构实现了对大气窗口波段和非大气窗口波段的热辐射调控。在大气窗口波段内,这种调控方法能够有效地对发射率、辐射出射度和辐射温度等相关热辐射参量进行调制,并可以通过高、低发射率吸波结构的搭配组合形成热迷彩图案;在非大气窗口波段内,这种调控方法能够将3~5μm和7.5~14μm这两个大气窗口波段内的辐射能量转移到5~7.5μm的非大气窗口波段内发射,有效地降低了探测波段内的红外辐射信号。本论文的研究工作对于多峰和宽频红外超材料吸波结构设计具有指导意义,所提出的热辐射调控方法有望使红外超材料吸波结构成为一种新型的热辐射控制材料。