太赫兹波的频段处于红外光与微波之间,它的电磁特性非常独特,并在国防、公共安全、医疗卫生等许多领域拥有广阔的应用前景。随着研究的不断深入,太赫兹技术的发展极大地促进了医疗成像、电子对抗、宽带无线通信、雷达探测等技术的革新。然而,太赫兹功能材料的缺失为太赫兹技术的发展带来了巨大的困扰,因此解决材料匮乏问题并且制备高效稳定的太赫兹功能器件已经成为目前的研究重点。近年出现的超材料有望成为解决太赫兹器件缺失问题的新途径,特别是石墨烯超材料的出现,极大地推动了可调谐太赫兹器件的发展。石墨烯凭借其对表面等离激元的高度局域性和灵活的可调谐特性,迅速成为太赫兹技术发展的新平台。石墨烯的电磁特性可以通过施加偏置电压的方式进行调控,使得石墨烯在制备可调谐的太赫兹功能器件方面具有得天独厚的优势。目前,已有的可调谐太赫兹器件普遍存在功能单一、结构复杂等问题。因此,如何将更多的功能集成在结构简单的单一器件上,将成为下一步研究的热点。本论文中,我们以石墨烯为基础,设计了一系列可对太赫兹波实现复杂波束调控功能的超材料器件。本文的主要研究目标为,尽可能在一个结构简单的器件上集成更多、更复杂的功能。论文的主要内容如下:（1）提出非均匀周期性石墨烯超材料结构的波束扫描器和平面超透镜的设计方案。在该设计方案中,将超材料单元的周期作为可调参数项,同时将石墨烯结构的横向参数和纵向参数进行分段调控。在统一调整石墨烯费米能级的条件下,实现了结构单元对应的相位变化速率随着超材料表面呈梯度分布的目的。利用该设计方案,我们打破了传统器件需要依靠大量电极单独调控才能实现复杂波束调控功能的限制,设计出了单电极控制下的波束摆扫器与可调焦平面超透镜。其中,波束摆扫器的最大扫描范围可达0 35.5°,可调焦平面超透镜的焦距调节范围达385 666μm。（2）提出利用石墨烯开口谐振环结构设计具有复合功能的可调谐超材料器件的设计方案。在该工作中,将周期性的石墨烯开口谐振环结构组合成一种简单的偏振转换器,用于将线性偏振光的偏振态转换为正交分量,并且偏振转换的效率可以通过石墨烯的费米能级进行动态调控。然后,通过调整石墨烯开口谐振环的开口角,可以使正交分量的相位变化范围达到2π。最后,通过对不同参数的谐振单元进行排列,设计出了同时具有偏振转换与偏振分束功能和同时具有偏振转换与聚焦功能的复合功能器件。上述器件中,分束器的偏振分束比与超透镜的聚焦效率都可以通过石墨烯的费米能级进行调控。除此之外,这些基于开口谐振环的超材料器件均具有宽带响应特性。（3）提出了利用交叉形石墨烯超材料结构设计模式可调的涡旋光生成器件的设计方案。利用该方法,可以保持偏振状态不变的情况下使波束的相位调控范围完全覆盖2π,同时波束的传输效率稳定维持在较高水平。相比之下,传统超材料在保持状态不变的情况下,不可能覆盖2π相位调谐范围,同时传输效率波动范围极大。为了保证2π的相位覆盖范围以及稳定的传输效率,通常需要将相位调控与偏振转换功能相结合。文中提出的交叉形结构的设计方法,打破了传统相位调控超材料在相位调控方面的限制。该工作中,以交叉形石墨烯结构为基础,设计出了拓扑荷数可调的涡旋光生成器,所产生涡旋光的拓扑荷数可通过石墨烯的费米能级进行动态调控。