等离子体(surface plasmon polaritons,SPPs)由于其特殊的色散关系可以实现突破衍射极限的光传输。作为新颖二维材料的石墨烯,具有独特的能带结构,表现出优异的电子特性和光学特性,可以支持SPPs在其表面传输,在近年来得到了广泛关注。石墨烯等离子体(graphene surface plasmon polaritons,GSPPs)具有高载流子迁移率、强局域性、低耗损以及高度可调谐的特征,在光信息传输、光电探测器、表面等离激元波导、纳米激光器及超材料等领域具有可实现的及潜在的应用。本文讨论了GSPPs的基本原理及特性,在理论分析的基础上提出了几种基于石墨烯超颖材料表面等离子体设计的波导器件,并利用有限元法(finite element method,FEM)进行仿真模拟。首先研究了非对称石墨烯双谐振环-波导耦合结构的透射率谱图,从中发现了等离子体诱导透明(plasmonically induced transparency,PIT)效应的产生。通过改变石墨烯谐振环化学势,可以达到控制透射谱的目的。进一步设计了石墨烯三谐振环-波导耦合结构,其透射谱表现出明显的等离子体诱导透明增强效应。同时,改变谐振环半径和谐振环之间的耦合距离,可以实现对透射谱的调制。相关分析结果对于设计动态可调的等离子体诱导透明设备具有重要的指导意义。其次,分析了基于石墨烯的法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)光谱仪的工作机制及透射谱,给出了其用作中红外光电探测器的优势,并讨论了石墨烯-硅基光栅结构的传输特性,通过改变施加电压及结构参数可以达到对禁带调制的目的。此外,设计了三维石墨烯波导-多谐振腔耦合系统,分析了波导-单谐振腔耦合系统的传输特性,当入射光波长满足共振方程时,会在谐振腔中产生明显的共振效应,在透射谱中会观察到共振谷的存在;依次增加谐振腔的个数,得到其透射谱,发现共振谷个数增加,同时相邻共振谷相互作用会产生等离子体诱导透明峰,观察到透明峰的个数始终比腔的个数少一个。在此基础上,研究了三腔耦合系统。通过改变施加电压及耦合距离,可以实现对透明峰的调控。