黑磷（BP）是一种具有直接带隙的二维（2D）材料,其可调的带隙填补了石墨烯和二维过渡金属硫化物（TMDCs）之间的带隙空白,同时黑磷还具有较高的电荷载流子迁移率。黑磷独特的褶皱状晶体结构导致了沿锯齿（Zigzag,ZZ）和扶手椅（Armchair,AC）方向的面内各向异性,使其具有了独特的光电响应。研究表明黑磷的光电特性可以通过丰富的力电磁的方法进行调节。这些特性使黑磷成为从可见光到中红外甚至太赫兹波段具有巨大应用前景的二维材料。本论文围绕黑磷这些独特的各向异性光电性质和力电磁的响应特性,采用不同的微纳结构加强光与黑磷的相互作用,设计亚波长尺度的偏振光子器件和磁光器件,并利用4×4传输矩阵（TMM）、有限元（FEM）、有限时域差分（FDTD）和严格的耦合波方法（RCWA）方法研究它们的机制和性能。论文主要研究内容和结果如下:1、基于黑磷设计一种近乎完美的红外吸收器,该吸收器由金属层,内部嵌入单层黑磷的谐振腔和分布式布拉格反射镜（DBR）组成。光场被局域在谐振腔内部的黑磷附近,增强了黑磷与光场之间的相互作用,同时由于面内各向异性,可以实现在红外波段对TE（TM）偏振光的窄带完美吸收。其中心波长决定于布拉格反射镜的结构参数,通过调整光的入射角可以对中心波长进行调谐。研究结果进一步表明,红外吸收器的性能不仅和单层黑磷的载流子浓度相关,而且对黑磷在谐振腔中的位置非常敏感。2、基于上述窄带完美偏振选择吸收的机理,设计了一个工作在太赫兹波段的可调谐的反射型偏振器件。结果表明,在设计的工作频率下,可以获得大于20 d B的偏振消光比且总反射率约为50%的偏振反射光。反射偏振器的工作频率可以通过入射光的角度、黑磷的载流子浓度来调节。进一步利用黑磷的面内各向异性的应变调谐的特点,通过施加应变调谐反射偏振器的性能和工作频率,并且发现通过在ZZ方向加载应变可以获得更高的灵敏度和更大的调谐范围。3、设计了黑磷纳米带阵列,通过纳米带间的光场耦合,可以进一步加强面内的各向异性。由于存在这种黑磷纳米带阵列的加强各向异性,对于入射的p偏振光,界面阻抗存在巨大差异,但对于入射的s偏振光界面阻抗是良好匹配的,因此它成为一个工作在中红外频段的偏振光分束器（PBS）。所设计的偏振光分束器入射角在±50°的范围内,在80.4 THz～85.0 THz的宽频范围内,s偏振光和p偏振光都可以获得大于80%的反射率和透射率,且s偏振光和p偏振光的偏振消光比分别可以达到25.50 d B和20.40 d B。此外,研究了入射角、纳米带的宽度和黑磷载流子浓度对偏振光分束器的性能的影响。4、理论研究了对称一维磁光子晶体（MPC）缺陷模式。结果表明,一维磁光子晶体缺陷模式可以将电磁场局域在缺陷层中,然后通过把单层黑磷嵌入到磁光子晶体缺陷层,黑磷的法拉第旋转角通过一维磁光子晶体的缺陷模式的作用可以得到大大增强。在一维磁光子晶体引入缺陷模式后,其法拉弟旋转角度与施加的磁场成正比,当在磁光器件上施加5T的外部磁场,增强后的法拉第旋转增益可以达到20.9 d B,同时保持透射率不小于60%。此外,器件的工作波长主要是由缺陷层厚度、入射角决定,与施加的外部磁场无关,而法拉弟旋转角度主要由载流子浓度和外部磁场来决定。5、Tamm态是一种局域在两个光子晶体界面或金属和光子晶体的界面的表面态,它可以直接被TE或者TM偏振的入射光激发。光学Tamm态（OTS）通过这种电磁场的局域作用可以实现在高透射率的情况下,使单层黑磷的法拉第旋转角度得到极大的增加。当外部所加磁场为5T时,法拉第旋转角度可以在透射率大于65%的情况下达37.37 d B的增益。法拉第旋转器的工作频率主要通过改变光子晶体参数调节光学Tamm态的位置来决定。在保持工作频率基本不变的情况下,法拉第旋转角度可以通过外部磁场和黑磷表面电荷载流子常浓度进行调节。6、基于黑磷设计了一种金光栅/黑磷/硅的混合等离子体结构的磁光器件。金属光栅激发的伪表面等离子体模式（Spoof）与硅基底的TM导模耦合形成混合等离子体模式,与硅基底的TE导模模式匹配,实现了TM向TE的模式转换。同时调节亚波长光栅周期和占空比,使异常透射和模式匹配同时达到,可以显著增强法拉第旋转,同时又保持了高透射率。对器件参数进行优化设计后,在1.5 THz工作频率,施加5 T的外部磁场,法拉第旋转角度可以达到23.18 d B的增益,同时透射率能够保持在85%以上。黑磷的载流子浓度度可以轻微影响器件的工作频率、法拉第旋转角度和品质因数,而外部磁场只影响法拉第旋转角度和品质因数。论文基于黑磷的各向异性和磁光性质,利用亚波长微结构来加强光场与黑磷的相互作用,设计了中红外波段的偏振光子/磁光器件,可用于光的偏振控制、光学传感和探测、光学吸收等应用领域。