石墨烯自发现以来便以优异的性能引起了广泛关注,人们已经将石墨烯用于制备超级电容器、超快晶体管、超快光子探测器、超快锁模激光器等器件中,在场效应晶体管、光伏电池、液晶显示等领域也具有广阔的应用前景。然而,石墨烯在光学应用领域存在如下缺点:单原子层厚度的石墨烯厚度极薄不易被识别;在可见和近红外波段,石墨烯载流子发生带间跃迁到导带,对光的吸收主要由带间跃迁决定,实验测量到的吸收率仅为2.3%。这些缺点极大限制了石墨烯在光电领域的应用。因此研究增强石墨烯的光吸收具有现实意义。近年来国内外报道提高石墨烯吸收率的研究有很多,但有的方法结构复杂且吸收率并不能实现宽波段、宽角度的吸收增强。为此,本论文以波导-光栅共振结构增强石墨烯光吸收为研究重点,提出光学共振结构用于提高单层石墨烯的光吸收能力,对每种结构增强石墨烯的吸收机理进行了深入研究,主要内容包括以下几点:1.提出一种基于导模共振布儒斯特滤波器的结构实现增强单层石墨烯的光吸收。该结构为一层光栅层与基底,在未加入石墨烯层时,由于结构的导模共振效应会产生一个突变的反射峰,入射光照入石墨烯层后在共振波长处会增强与光的相互作用,使得截面处电场增强,吸收率被提高。利用等效介质理论和严格耦合波分析法对结构的吸收率进行计算,得出吸收谱线,发现电磁波以布儒斯特角入射时,在632.8 nm波长处出现一个极窄的吸收峰,且吸收率最高被提高到55%。2.引入“三模式吸收器”理论模型,通过使用一个光栅层与介质层再组合一个光栅层或介质层的三层波导结构,实现石墨烯对光的吸收增强。其中,三层波导结构可以看成两个无损谐振器,石墨烯层可以看作一个有损谐振器,当整个结构的泄露率与损耗率相当,即满足“临界耦合”条件时,会出现100%吸收。根据“三模式”吸收结构的吸收机理,设计了两种不同的结构,在第四章中分别对每种结构展开相关研究,通过使用严格耦合波分析法计算出吸收光谱图,得到这两种结构分别在1680 nm和980 nm波长附近会出现近100%的完美吸收。3.考虑到所设计的结构需要应用到实际的光电器件,而对于前面提出的波导光栅结构中光栅层的制备,无法保证大面积生产而无误差,且单层石墨烯的制备与转移同样存在着困难,于是又提出一种更易于推广到大面积生产的石墨烯-介质-金属(GIM)结构。该GIM结构使得石墨烯层与最底部的金属层形成类似于FP共振腔,当光照入结构中在共振腔多次与石墨烯作用,实现石墨烯光吸收率的提高。在对该结构计算中发现,当石墨烯层为10层时会在500 nm和800 nm范围附近出现两个100%的吸收峰,通过调整介质层的厚度更会出更多的吸收峰。