为了有效地控制电磁波传播,近年来人们逐渐发展出超构材料（Metamaterials）。超构材料以人工亚波长结构作为基本组成单元,具有天然材料中不具备的奇特电磁响应特性。例如,介电常数或磁导率为零值的材料由于内部趋于无穷大的波长和极小的波矢,使得人们可以方便地根据材料的几何形貌调控出射波的波阵面,并在极端狭窄或弯曲的波导中实现光的高效率传输,在局域场增强、非线性光学、热辐射、消除像差、精密测量等方面具有诱人的应用前景。本论文从理论和实验两方面研究了零电磁参量超构材料的设计、制备和表征,具体内容包括以下两部分:第一,设计和制备出金属/介质周期性多层纳米结构,展示了其光学响应规律,给出了该结构的等效电磁参数,实验和理论证实该人工材料在可见光频段具有零介电常数。首先我们建立了三种获得等效电磁参数的理论方案,即:1)从Maxwell方程组出发,解析地推导出二元非磁性薄膜超晶格的等效介电常数表达式;2)利用等效介质方法给出了由透射率和反射率获得材料等效电磁参数的方案;3)解析推导出了非磁性近似下非相干光源的光谱与折射率的关系。接着,我们设计了 Au/SiO2多层膜结构,并通过时域有限差分方法进行了数值模拟,比较了上述三种理论方案获得的等效电磁参数结果。研究表明,前两种理论方案符合得较好,但非相干光源的反推法同样可以有效地给出非磁性多层膜的零介电常数对应的频率大小。同时,我们研究了该材料的等效电磁参数随周期数变化的关系。在此基础上,我们利用磁控溅射方法制备出具有特定周期数的Au/SiO2多层膜结构,并进行了微区光谱测量光谱,实验结果和理论预言的零折射率频率吻合得很好,从而证实了具有特定周期数的非磁性金属/介电多层膜结构可以实现具有零介电常数的光频超构材料。第二,基于亚波长金属渔网结构,设计和制备出太赫兹波段的零折射超构材料,并展示了其光子能带结构特征。首先,我们基于亚波长多层金属/介电渔网结构,在欧姆损耗较小的太赫兹波段设计出阻抗匹配的零折射材料;同时通过场分布的计算,证明了该系统中电模式和磁模式分别了来自于亚波长小孔的腔模式和金属层间的表面等离激元。接着,我们从空间对称性出发探讨了这种结构在波矢空间的等频面,并根据透射率随入射角的变化对等频面的各向异性作出初步评估,发现随着横向波矢的变化,在零折射区域可以观测到一条平的透射带。然后,我们利用金属蚀刻工艺制备出具有不同层数的亚波长多层金属/介电渔网结构样品,实验测量出不同偏振和入射角情况下各样品的透射谱,实验证实了零折射区域平透射带的出现,展示了其光子能带结构和色散特性,证实了太赫兹波段的零折射超构材料的实现。综上所述,我们从理论和实验两方面研究了零电磁参量超构材料的设计、制备和表征。基于金属/介质周期性多层纳米结构,获得了光频具有零介电常数的光频超构材料,并展示了其透射特性;同时基于亚波长金属渔网结构,构造出太赫兹波段的零折射超构材料,给出了其光子能带结构特性。这些研究丰富了零电磁参量超构材料体系,加深了人们对零电磁参量超构材料的理解,同时拓展了等效介质方法的应用,为零电磁参量超构材料的构造开拓了思路,为零电磁参量超构材料的应用研究提供了材料基础。