结构材料(Metamaterial，中文也翻译为特异材料或超材料)是近十年来光电子学和结构材料科学的研究热点。与传统的材料科学领域研究具有新特性的体材料的方法不同，结构材料是通过改变细微结构中的边界条件来获得新颖的电磁响应特性。劈裂共振环(Split-Ring Resonator，SRR)是一种重要的结构材料，它可以提供负的磁响应，是今天实现等效负折射率材料的基本构成单元之一。THz领域是一个新兴的领域，从可靠的THz辐射源的第一次提出至今不过二十年的时间。本文利用标准的THz时域光谱学(THz-TDS)系统在实验上对SRR在THz波段的响应进行了详细的实验研究，并且用FDTD方法对整个的透射过程进行了数值模拟。金属窄缝亚波长光栅也属于结构材料，作者采用模式展开方法对它在THz波段的透射现象进行了详尽的理论计算研究。此外我们还对LiNb03晶体在THz波段的双折射现象进行了实验研究。以上的这些工作都取得了很多非常有意义的研究成果，详细总结如下：　　 一、在Si基底和石英基底上分别生长了工作在THz波段的SRR阵列样品，并用THz-TDS系统对它们在我们这个波段的响应进行了详尽的测试。实验结果表明，THz电场的偏振方向与SRR开口方向平行时，存在两个共振响应，而当THz电场的偏振方向与SRR开口方向垂直时仅存在一个共振响应。这种响应区别说明SRR的具体共振响应与THz电场的具体激发方式有关。对于THz电场偏振方向与SRR开口方向平行情况下的两个共振响应，LC振子模型可以定性的描述低频的共振特性，半波天线振子模型可以定性的描述高频的共振特性。　　 二、SRR有趣的电磁响应来源于它复杂的边界条件。作者进一步通过向SRR样品中添加不同的液体膜来调制这一复杂的边界条件，并利用THz-TDS系统测量添加不同液体膜后SRR体系的响应。作者实验中发现，标称厚度仅为50nm的液体膜就可以使SRR的共振响应频率有非常明显的移动。利用LC振子模型和半波天线模型，我们可以对添加液体膜后SRR共振频率的移动进行很好的物理解释。我们根据等效介质的观点反解了该体系的等效介电常数，并进一步利用Cole-Cole图对这～等效介电常数进行分析，发现这两个共振都很好的符合Lorenz线型。SRR的这种对介电环境的高灵敏的响应使得它有望可以应用于生物探测领域。此外，因为作者在该实验中使用的SRR样品生长在Si基底上，因此作者还对该样品进行了光泵浦-THz探测实验。泵浦光入射到长有SRR图形的表面，在Si基底上激发出载流子并进而改变SRR周围的介电环境。通过对实验结果的分析发现了半导体中的电场重新分布以及载流子传输过程对最终的THz透射结果有非常复杂的影响。　　 三、尽管SRR已有很多研究工作被报道，但是对于SRR的响应细节，如共振频率的具体位置、共振频率线宽、SRR几何参数对最终透射结果的影响等等，至今很少有工作报道。作者通过FDTD对真空中的SRR阵列样品进行了详尽的数值模拟计算，在改变SRR各个几何参数的情况下观察最终透射结果的改变。作者发现，对于低频共振，它的共振频率所对应的真空中的波长必定位于SRR内外周长的两倍之间。作者进一步分析共振频率所对应的电流分布可以发现，SRR的两个共振频率都与SRR的具体长度有密切的关系。基于此发现，作者提出了一种三开口的SRR结构，在该结构中，作者成功地将SRR的低频共振响应和高频共振响应所对应的振荡电流约束在了三开口SRR的不同位置处。　　 四、异常透射现象近年来吸引了非常多研究组的研究兴趣，并且直接导致了表面等离子体光学(plasmonics)这一领域的出现，但是至今为止对异常透射现象的物理机理的讨论一直存在很大的争论。我们通过严格的模式展开方法对THz波段金属窄缝亚波长光栅的透射现象进行了系统的理论计算研究，并且在单模近似的基础上推导出了亚波长频率分量的透射系数解析表达式。从作者的计算结果中我们发现，Spoof SPP在该体系中所起的贡献均为负的，也就是说，是Spoof SPP导致了透射结果中的透射极小现象。此外，随着光栅厚度的增加，透射结果中出现了类似于FP共振的现象，这是狭缝中传输模式特性的反应。在亚波长区存在两类透射极大现象，极低频部分的高透射现象与表面波的依赖关系很弱，作者称之为无表面波支持的透射极大现象；而靠近最低阶透射极小频率位置处的透射极大现象强烈依赖于表面波的存在，作者称它为表面波支持的透射极大现象。作者通过对解析模型和计算结果的进一步分析发现，存在一个重要的位相关系式，通过该关系式可以很好的确定表面波支持的透射极大的频率位置。作者利用此位相关系式对改变某些参数情况下透射极大的红移现象进行了成功的解释。　　 五、LiNbO3晶体是一种非常常用的电光晶体。作者通过THz-TDS系统对它在THz波段的响应进行了实验测量，发现它在该波段存在非常大的双折射现象，其折射率差可以高达1.6。与光频波段不同，THz波段LiNbO3晶体的巨大双折射现象来自于品格的振动。基于品格动力学理论，作者对该现象进行了很好的物理解释。LiNb03晶体的这一巨大双折射特性使得它成为THz波段非常理想的制作功能性器件的晶体材料。