电磁超构材料是一类具有亚波长尺寸的周期性人工材料,在电磁波能量收集、传输和调控上具有天然材料不具备的优势和良好性能。超构材料吸收器可以通过特殊结构设计激发共振响应来增强入射电磁波的吸收,在热光伏器件、生物传感、电磁隐身和非线性光学等诸多领域具有重要的研究价值。区别于传统吸收器对材料本身光学性质的严格要求,超构材料完美吸收器重点利用周期性结构调制电磁参数及调控光场,从而实现对电磁波的高效完美吸收。亚波长结构尺寸有利于器件小型化和集成化,而且周期性阵列结构能够灵活实现全角度和偏振无关吸收。本文系统研究了金属/介质超构表面的共振吸收特性以及光谱调控特性,探究了入射光场与吸收器之间相互作用的物理机制以及功能器件应用,主要研究内容如下:对于以钨为基底的碳化硅半球二维周期阵列结构,通过电磁/栅格共振和局域模式的多共振激发,实现从紫外到近红外的超宽带近完美吸收,平均吸收率可达93.5%。理论研究碳化硅半球内激发的磁偶极子共振、栅格共振以及强场俘获下的钨金属高耗散效应产生宽带吸收的物理机制,探究周期平面内的半球正方排布和六方排布对宽带吸收性能的影响,分析光波的入射角度、偏振方向和结构几何尺寸对碳化硅半球阵列超表面吸收特性的影响。介质碳化硅半球阵列-金属钨基底的复合结构由于激发独立的多共振响应,可以实现高效宽带吸收,且其对结构参数误差具有较高的容忍度,制备上的低精度要求更适于大规模生产。对于由Al2O3介质夹层和两侧周期排列的金纳米半球颗粒构成的超表面,在多通道输入的条件下实现了红外波段的相干完美吸收。在镜面对称结构条件下,研究了两束反向传播的相干光束的相位差与吸收率之间的关系;讨论了非镜面对称结构情况下两层金纳米半球横向距离对相干吸收特性的影响。利用不同磁共振的独立响应特征,设计了具有不同半球半径的超晶胞结构,实现了红外波段双频相干吸收。为了在双层金纳米半球阵列中得到更多调控自由度,利用含相变材料中间层的相干完美吸收器实现了频率可调谐的相干完美吸收。利用横电波入射激发金开口环凹槽中的局域表面等离激元共振模式,在红外波段实现了完美吸收和双频带的光谱响应,分别得到吸收率为99.18%和99.89%的共振吸收峰,分析了不同中央圆盘高度的开口环共振器结构中所激发的局域表面等离激元共振对双频吸收率的贡献。通过在金开口环凹槽阵列-液晶层-金基底结构中施加门电压操纵向列相液晶的分子取向来改变中间层的等效折射率,同时调节了凹槽阵列的双共振响应,并实现了双频吸收峰的红移。为了实现偏振无关的双频可调吸收,提出了环形凹槽阵列结构。金开口环阵列将场局域在表面凹槽内部,因此环境折射率变化将大幅影响双频吸收,从而用作高灵敏度的折射率传感。为进一步提升多频吸收的品质因子,设计了二氧化硅半圆柱光栅和分布式布拉格反射镜以及单层石墨烯所组成的超构表面,利用耦合模式理论优化结构,在近红外波段实现了具有超高品质因子和可调性的多频完美吸收。通过时域有限差分仿真共振处电磁场分布来分析了Si O2的半圆柱阵列的波导模式共振和布拉格反射镜的波导模式共振以及两者之间的杂化模式共振的特性,探究波导模式共振的临界耦合条件与半圆柱阵列周期和线偏振光入射角之间的关系。通过施加门电压改变石墨烯化学势来调节波导模式共振响应,实现吸收幅度和品质因子的深度动态调制。基于超窄带吸收器对介质折射率微小变化的超高灵敏度响应实现全光开关的切换功能。