表面等离激元是光与物质相互作用产生的一种表面电磁模式,基于表面等离激元的共振结构可以将电磁场局域在亚波长尺度内,因此在信息传输、光学传感、光电探测、显示等领域被广泛研究和应用。基于表面等离激元的超材料结构可以实现电磁波的振幅、相位、偏振等特性的调控。本论文主要通过将表面等离激元共振应用于波导结构、金属介质光栅结构、电磁诱导透明结构和偏振转换结构来实现对电磁波的调控。我们首先研究了基于波导结构的电磁波的调控,设计了一种基于金属-介质-金属波导耦合共振腔的的表面等离激元共振结构,实现了近红外波段的高性能带阻滤波和光学传感。该结构通过将矩形共振腔与圆形共振腔耦合得到复合腔,并与波导耦合,实现了比单腔更好的透射性能。通过改变环境的折射率,我们研究了复合腔的传感性能,得到了在共振波长1148.5 nm处有1136 nm/RIU的传感灵敏度和高达51275的品质因数。通过改变共振结构的几何参数,可以对其共振波长进行调谐。在电磁吸收器方面,我们基于超材料电磁完美吸收器的基本原理设计了基于金属-介质-金属结构的完美吸收器,对该吸收器的吸收机制进行了详细分析,研究了吸收器在吸收峰处的场分布,通过改变吸收器的结构参数,研究了金属线宽度、金属线高度、介质层厚度、周期对吸收器吸收特性的影响。结果表明吸收器在不同的金属线宽度条件下呈现出不同的吸收特性,小占空比和大占空比条件下的吸收机制也不相同,小占空比时的吸收主要是金属线与金属膜之间的耦合作用,而大占空比时则主要是空气腔的FP共振效应。同时,为了实现极窄带完美吸收器,我们设计了基于双层金属介质结构的完美吸收器,该吸收器实现了近红外波段0.85 nm带宽的完美吸收,极大地压窄了谱线带宽,我们探讨了该窄带吸收器的吸收机制,并研究了其传感性能。在过去,金属材料是实现等离激元共振结构的主要材料,但是要对金属材料进行动态调控时,就不得不改变结构的几何参数或引入其他主动控制材料,这限制了其应用。石墨烯由于其在太赫兹到红外波段的动态调谐特性,成为表面等离激元结构主动控制的理想材料。为了实现对电磁波的动态调控,我们设计了基于石墨烯超材料的表面等离激元共振结构。我们设计了基于石墨烯超材料的电磁诱导透明结构,该结构基于石墨烯条形结构和开口环结构。分析了条形结构和开口环结构的光学特性,研究了结构参数对其光学特性的影响。条形结构的共振频率随着其长度的增加而减小,共振频率随着其宽度的增加而增加,而开口环结构的共振频率随着其臂长、臂间距的增加而减小,随着其宽度的增加而增加。接着我们设计了电磁诱导透明结构,在4.23 THz附近产生了一个透明窗口,该结构利用条形结构产生的亮模和开口环结构产生的暗模干涉相消,实现电磁诱导透明。利用耦合模式理论拟合了该结构的传输特性,结果表明是近场耦合将条形结构中的能量传递到开口环结构中。最后我们分析了该结构的调谐特性,改变石墨烯费米能级可以有效改变该结构的透明窗口,在透明窗口处可以对入射光产生皮秒级的群延迟。当前,基于人工电磁超材料的偏振调控与转换器件已经取得了一定的成果,但是还是存在一些问题,首先是偏振转换效率与转换带宽还有待提升,扩展带宽往往是通过多层结构或者多个子单元结构组合而成,结构复杂;其次是基于金属材料的偏振转换器不易调谐,结构一旦设计完成,其工作频率就已经确定。针对以上问题,我们提出了基于石墨烯超材料的偏振转换结构,提高转换效率的同时可以实现动态调谐。我们对该结构的偏振转换机制进行了分析,该结构基于交叉矩形石墨烯结构实现了从频率6.68 THz到8.66 THz范围内转换效率大于95%的偏振转换。通过改变偏振转换器的矩形结构的长度,可以将宽带转换变成双带转换;改变介质层厚度会改变偏振转换器的转换效率;改变石墨烯的费米能级时,可以实现偏振转换器在4.5 THz到10.5 THz的动态调谐;偏振转换器在入射角从0度增加到40度时保持着极高的转换效率,具有较强的适应性;改变结构周期可以使该偏振转换器结构工作在不同频带,其转换效率保持高效且转换带宽保持宽带,这说明该结构设计可以在不同的工作频率实现宽带高效率偏振转换。本论文中,我们利用表面等离激元共振的基本原理,分别设计了基于金属材料和石墨烯的光学调控结构,实现了电磁波的振幅、偏振、传输延迟等特性的调控,这些共振结构可以在光学传感、显示、信息传输等方面得到应用。