近十年来，新型人工电磁材料吸引了众多领域科研工作者的关注，为人们探索新的物理现象、设计新颖器件提供了很多可能。变换光学是一种精确调控电磁波的理论，经过四年多的发展，已成为人们设计基于人工电磁材料的、新功能器件的有力工具，例如完美隐身大衣、隐身地毯、电磁波集中器等。本文从变换光学基本原理出发，对隐身大衣的工作进行了推广，设计了许多新颖器件，探讨了新器件的潜在应用以及实现方式；本文还对部分重要的新颖器件的电磁特性进行了实验验证。主要研究内容和贡献概括如下：　　 1).提出了任意形状隐身大衣的设计方法。包括：任意轴比的椭圆柱隐身大衣，这种隐身大衣比早期圆柱形的奇异性弱很多；等厚度的适合多边形区域的隐身大衣；基于非均匀有理B样条曲线(NURBS)的任意形状隐身大衣。从而使得隐身大衣的使用不再受到物体外形的限制。　　 2).提出了参数无奇异性隐身大衣的设计方法。Pendry等所提出的圆柱形隐身大衣的参数在内边界存在严重的奇异性，即参数趋于无穷大，这给隐身大衣的实现带来很多困难。本文首先提出了椭圆柱形和近似圆柱形参数无奇异性的隐身大衣的设计方法，然后讨论了一种参数无奇异性的隐身大衣-线变换隐身大衣，并从数值模拟的角度进行了详细分析。　　 3).设计和分析了任意形状的电磁波集中器。借助于NURBS曲线，提出了任意形状的电磁波集中器的设计方法，所设计的器件能够将预定区域的电磁能量引导到一个尺寸很小、形状任意的区域中去，从而实现小区域内电磁能量密度的提高。　　 4).设计和分析了基于变换光学理论的高定向性天线。提出了一种将柱面波转换成平面波的方法，应用这种方法，可以将线源发出的柱面波转换四束平面波向外传播，从而提高了电磁波辐射的定向性，从而这个器件可以看作是一个四波束天线。同时，提出了基于分层近似光学变换、具有简单媒质参数的高定向性天线，与传统的透镜天线相比具有更高的定向性。　　 5).提出了任意弯曲的新型导波器件设计方法。首先，设计了一种能够引导电磁波任意拐弯的电磁材料，当这种材料填充在金属弯波导中时，它能够引导电磁波实现任意角度的拐弯，且没有任何反射；当这种材料放在自由空间时，它能够引导电磁波拐弯。同时设计了一种引导电磁波沿任意路径传播的各向异性材料。当这种材料填充在任意弯曲波导中时，它能够引导电磁波通过弯曲波导而不受到任何干扰。　　 6).提出和设计了三种可实现的幻觉光学器件-虚拟一变多器件、虚拟位移器件、金属虚拟变介质器件。所有幻觉光学器件在仿真验证中都展示了不同寻常的电磁行为。之前报道的幻觉光学器件由介电常数和磁导率同时为负的左手媒质组成，而这里所提出的幻觉光学器件电磁参数主值都是有限的正数，可由新型人工电磁材料来实现。　　 7).对两种典型的幻觉光学器件做了实验研究-在微波段将大物体虚拟变为小物体及将金属目标虚拟变为介质目标，因此亦称雷达欺骗器件。这两种幻觉光学器件都可以迷惑探测器，因此无法探测或辨认目标的真实尺寸和材料性质。我们采用工作在非谐振频段的开口环结构来实现幻觉光学器件，因此这种器件的损耗很低。通过实验验证了两种幻觉光学器件，实验结果和仿真结果吻合得很好，取得了很好的幻觉效果。