表面等离激元（Surface Plasmons,SPs）是一种在金属/介质界面处由自由电子与光子相互作用所产生的沿表面传播的电磁波,或者说是局域在金属表面的自由电子和入射光子相互作用所形成的混合激发态。目前表面等离激元在光催化、生物传感以及光通信与探测等领域展现出了巨大的应用潜力;然而大量的相关研究主要集中在金和银,这类贵金属体系中的等离激元缺乏主动可调谐性以及其材料本身具有比较大的欧姆损耗,因此制约了相关器件在当今时代的进一步发展。近年来,石墨烯、黑磷烯以及二硫化钼等二维材料的快速发展,为研究在低损耗下动态调控等离激元提供了平台。与贵金属相比,石墨烯等离激元具有很多优异的性质,例如高度的光场局域、超长的固有寿命、极大的近场增强、相对较低的损耗以及电磁可调特性等。这些优越的特性不断地刺激着人们对石墨烯体系所支持的光电器件进行研究、发展和完善,从而取得了很多卓越的成果;同时,为了适应未来实际的发展需要,人们总希望设计出结构简单、易于加工、功能可调以及性能更好的光电器件。此外,基于石墨烯优异的力学性能,对石墨烯的操纵不限于例如平移与旋转的平面内操控,还可以对其进行更加复杂的操纵,最为经典的复杂操纵称为石墨烯的“折纸术”。因此,石墨烯折叠这一方法有可能为新型光电器件的设计提供一条全新的道路。基于以上的研究背景,本文以设计结构简单、功能更强和性能更高的光电器件以及探索折叠石墨烯的等离激元特性及其所能实现的功能器件为切入点展开。本论文利用COMSOL仿真软件,结合琼斯矩阵和耦合洛伦兹模型等理论方法,研究了石墨烯体系中的等离激元特性以及设计了基于石墨烯超表面的可调谐光学器件,论文的主要研究内容和结论如下:（1）设计了周期性十字形石墨烯片超表面（GPMS）及挖十字形孔的石墨烯超表面（GHMS）,在太赫兹频段实现了宽带、可调的多功能极化转换器。首先对比分析了GPMS和GHMS在最优化半波片和四分之一波片时的工作带宽,得出了GPMS在设计半波片时具有优势,而GHMS在设计四分之一波片时更具有优势的结论。然后分别计算了这两种光学波片在光斜入射下的工作性能。经过参数优化,进一步设计了功能可调的极化转换器,计算了基于GPMS和GHMS的多功能极化器的性能随石墨烯费米能级的变化。该器件不仅结构简单、易于加工,且提高了基于石墨烯超表面所设计的光学波片的性能,在未来光子集成与光电子领域具有重要的应用价值。（2）研究了折叠石墨烯圆盘的等离激元特性。计算了不折叠的石墨烯圆盘与折叠石墨烯圆盘的消光谱线,对比分析了石墨烯圆盘折叠之后的模式变化,发现在折叠体系中可激发两种类型的基态偶极子模式,即VM模式（表面电流垂直于折叠轴）和PM模式（表面电流平行于折叠轴）;同时,随着折叠角度的逐渐减小,VM模式的共振频点会发生红移,PM模式则发生蓝移;因此,力学折叠可作为调控石墨烯等离激元的另一个独立的自由度。进一步研究了VM模式和PM模式对石墨烯圆盘的半径和费米能级的依赖关系,并且对折叠所产生的高阶态以及一些有趣的暗模式进行了分析。该工作丰富了当前二维石墨烯等离激元的研究,为设计具有特殊功能的等离激元器件提供了一个全新的方法。（3）研究了基于折叠石墨烯圆盘辅助的等离激元诱导透明（PIT）。利用折叠石墨烯圆盘所产生的VM模式和PM模式与不折叠石墨烯圆盘的偶极共振模式进行耦合,从而产生PIT效应。所提出的PIT效应可单独地通过改变折叠轴的旋转角度以及折叠角度来实现单双窗口的动态切换,且还可以通过调控石墨烯体系的费米能级以及谐振器之间的耦合距离来进行调谐;进一步提出了两个耦合谐振子模型来进行模式耦合分析。该工作为在石墨烯纳米结构体系中构建PIT效应提供了一种全新的方法,并且可以激发人们对探索折叠物理效应的兴趣。（4）研究了折叠石墨烯纳米条带的光学吸收特性。分析了石墨烯条带在折叠情况下的透射谱及模式变化,发现通过对石墨烯条带进行折叠可激发连续谱中的束缚态（BIC）。然后,进一步分析了不同折叠角度下石墨烯条带的吸收特性对光入射角度的依赖关系,在折叠体系中,模式的光学吸收行为是非互易的,且由折叠产生的BIC一支的模式吸收可达到99%,突破了单层石墨烯的吸收极限（利用等离激元共振的单层石墨烯对入射光的最大吸收率为50%）。同时,所提出的石墨烯光学非互易吸收器可以通过调控石墨烯的费米能级来实现不同模式吸收之间的动态切换。该工作进一步推进了基于折叠石墨烯光电器件的发展,为设计具有特殊功能的器件提供了参考。该论文有图44幅,表格2个,参考文献146篇。