范德华材料是指同一层的分子中的原子在平面内以化学键相连,层与层之间的分子中的原子以微弱的范德华力相互作用的材料,根据其物理性质,可以将范德华材料分为两类:1.各向同性材料,如:石墨烯和过渡金属硫化物;2.各向异性材料,如:α相Mo O3（α-Mo O3）和六方氮化硼。近年来,范德华材料因其具有较小的短沟道效应、缺陷干扰相对较少、低损耗等优异的光学特性成为目前的研究热点。本论文基于传输矩阵法（Transmis Si On Matrix Method,TMM）和时域有限差分方法（Finite-Difference Time-Domain,FDTD）分别对含各向同性材料单层Mo S2和各项异性材料α-Mo O3的微纳器件进行结构设计、数值仿真和理论分析,并比较两种方法的差异。主要研究内容如下所示:1.推导了适用于各向异性材料的TMM法的理论,并编写了Matlab程序。通过利用各项异性多层膜结构层与层之间边界处的电磁场的连续性,将入射端口和出射端口联系起来,并且使用4×4传输矩阵,通过编写Matlab程序,最终实现各向异性材料的计算。以含α-Mo O3的各向异性多层膜结构为例,分别在可见光和中红外范围比较了其FDTD结果和TMM结果,两种结果非常吻合,这也证明了程序的正确性。并且在相同的设备条件下,量化的比较了两种方法计算所需的时间,在可见光和中红外波段,FDTD分别是TMM计算所需时间的239倍和4109倍。2.提出了一种可见光范围内的利用四聚化纳米柱棒阵列超表面（tetramerized nanorod metasurface,TNM）的单层Mo S2宽带吸波器,在400-750nm波长范围内的整体结构的平均吸收率为92.4%,其中单层Mo S2的吸收平均吸收率为64.5%。通过使用TNM实现了单层Mo S2的宽带光吸收,TNM的元胞由四个高度相同、直径不同的Ag纳米柱组成,通过LC电路模型证明共振峰的共振波长与其顶上纳米棒的直径正相关,因此由于与单个Ag纳米柱相关的磁共振,单层Mo S2可以选择吸收波长,单层Mo S2的宽带吸收可以通过与四聚化Ag纳米棒相关的协同磁共振来实现。TNM中单层Mo S2的吸收对结构参数的变化具有鲁棒性,即使结构参数显著改变,只要纳米棒的高度和间隔层的厚度不太小,也可以保持高效吸收。此外,TNM单层Mo S2中的吸收呈现出广角和偏振无关的特征,即使入射角增加到60°,对于TM和TE偏振,单层Mo S2的平均吸收率依旧大于46.1%。3.提出了一种由两个一维光子晶体（photonic crystals,PCs）和α-Mo O3层组成的可见光区域的免刻蚀可调谐吸收器（lithography-free tunable absorber,LTA）。这两种光子晶体具有不同的体带特性,在系统中引入α-Mo O3薄膜可以实现边界态诱导的光吸收增强。提出了各向异性腔模型来估计LTA的谐振位置,其结果与TMM在x和y偏振情况下的结果一致。随着两个光子晶体周期数的变化,LTA的吸收效率可以得到显著改变,但由于各向异性腔的共振性质,吸收峰的位置可以保持不变。通过研究电场强度的空间变化,特别是在α-Mo O3附近,电场强度的空间分布会随着PCs周期数的变化改变,而更大的峰值吸收是α-Mo O3层中更大的FEF的直接原因,因此LTA的吸收效率可以通过改变两个PCs的周期数来调整。只需增加PC 2的周期数,在δ≈γ的过耦合共振下,可以实现高效吸收,峰值吸收为98.7%。此外,由于α-Mo O3具有良好的面内各向异性,通过改变偏振角,可以选择LTA的吸收通道,并且可以同时对反射响应实现动态调控。