近年来,关于超材料的研究层出不穷。随着超材料的工作频率不断提高和微纳结构制备工艺的发展,红外超材料应运而生。灵活的结构设计和电磁参数可调性使其在热辐射调控、传感器和探测等领域具有广阔的应用前景。本文系统地分析了微纳结构中存在的磁谐振、驻波和ENZ模式等多种电磁谐振模式,着重研究了不同模式之间的耦合作用,并以此为基础指导了红外宽带吸波超材料的设计工作。本文主要研究内容和创新点如下:（1）在Si-TiN驻波结构的基础上,设计了一种可同时激发磁谐振模式、驻波模式及其对称驻波模式的红外方形光栅结构。针对Si/Metal界面的反射相移现象,通过菲涅尔反射系数公式对驻波公式中的反射相位差进行了修正;并将MgF₂薄膜引入结构中对磁谐振模式以及驻波模式进行调控。最终的仿真和实验结果表明,该红外方形光栅结构在5⁸μm波段具有准连续的宽带吸波效果,实验上80%吸收率的带宽可达2.19μm,6μm处的最大吸收率可达99%。（2）进一步研究了表层光栅图案对驻波模式的影响。光栅不仅会影响驻波模式电场的空间分布,还导致了对称驻波模式的产生,且对称驻波模式的谐振频率可被光栅尺寸所调控。在此基础上,设计了基于对称驻波模式的渐变光栅吸波结构并进行了仿真验证。结果表明,所设计的结构在5⁸μm波段可获得宽带的吸波效果,70%吸收率的带宽可达2.51μm,6.428μm处的最高吸收率为90%。（3）针对SiO₂-Al叠层结构中的ENZ（epsilon near zero）模式的电磁性质及激发方式进行了深入研究,结果表明存在于SiO₂薄膜中的电场分量E_z是激发ENZ模式的关键,且所激发的ENZ模式具有显著的亚波长束缚效应和场局域效应。以此为基础设计了一种红外方形光栅结构,利用结构中的磁谐振模式激发SiO₂薄膜的ENZ模式,成功解决了垂直入射电磁波激发ENZ模式的问题。（4）通过仿真研究不同结构参数对ENZ模式和磁谐振模式耦合现象的影响,发现ENZ模式可有效增强磁谐振场强,当两种电磁谐振模式处于强弱耦合状态的边缘条件下可获得最佳的吸波性能。进一步在方形光栅结构中引入双层ENZ材料,对磁谐振模式和ENZ模式的耦合效应进行调节。最终的仿真结果表明,该结构在7¹6μm波段具有连续的超宽带吸收效果,大于80%吸收率的带宽高达6.13μm,9.1μm处的最高吸收率超过99%。