THz(Terahertz,简写为THz)功能器件的研究是THz科学与技术中亟待解决的问题之一,对THz波的应用具有重要的意义。超材料的独特电磁特性为THz波的调控和新型THz器件开辟了新的道路。本论文研究了 THz波段多层柔性超材料的制备工艺及其在超宽带带通滤波器,高品质因数谐振器、宽带隐身技术和多谐振高灵敏度生物分子传感器中的应用。除此之外,我们还研究了超导分形结构的THz波异常透射,主要内容包括:第一,多层柔性THz超材料制备工艺的研究。研究柔性基底聚酰亚胺(Polyimide,简写为PI)旋涂的时间、速度和烘烤温度与柔性基底的厚度与表面平整度的关系,得到厚度可控和表面平整的高质量柔性基底。第二,宽带THz带通滤波器的研究。利用聚酰亚胺-金属-聚酰亚胺-金属-聚酰亚胺结构,实现了宽通带滤波的效果。实验得到滤波器3dB带宽为0.69 THz,中心频率为0.89THz,插入损耗为1.4dB,通带波纹0.8dB,边缘陡峭度分别为53dB/THz和70dB/THz;进一步研究了该滤波器极化不敏感特性,并且该滤波器随着弯曲圆柱面曲率半径的增加,传输特性基本不变化。第三,高品质因数THz超材料谐振器的研究。实验表明,利用双层S形非对称超材料,提高其在THz波段无载高品质因子(Q_u)。当聚酰亚胺厚度h=20 μm,两层超材料之间的夹角θ=90°,共振频率0.58 THz处,Q_u达到最大值62。电场极化方向旋转90度,该双层S形结构得到宽通带滤波效果。THz滤波器的中心频率为0.45 THz,3d 带宽为0.52 THz,边缘陡峭度分别为122 dB/THz和28 dB/THz。第四,THz波段超宽带数字电磁超表面隐身特性的研究。该表面结构单元由0和1两种元素组成,通过编码"0"和"1"两种元素可以把入射的电磁波散射强峰打乱成无规则的反射波,形成类似于漫反射的特性。同时由于圆环的对称性,反射特性对入射电磁波的极化不敏感。在TE波和TM波入射的情况下,在0.8-1.4 THz带宽范围内,反射率都很小。我们还研究了该表面的后向雷达散射截面(Radar Cross Section,简称RCS),实验表明,垂直入射时在0.8-1.4THz带宽内将金属板的RCS缩减10dBsm以上,最大值为23dBsm。仿真和测试结果都表明这种数字超表面的隐身作用,特别是在入射角40度以内,隐身效果更好。第五,基于柔性牛眼超材料高灵敏度THz生物传感器的研究。利用牛眼结构超材料的类电磁感应透明(Electromagnetically Induced Transparency 简称 EIT)效应,在10微米厚的聚酰亚胺基底上,设计了五个同心金属圆环,分别用数值模拟、实验等方法进行了生物传感器特性研究。通过研究四个透明窗口共振频率的偏移实现了对生物素和链霉亲和素特异性结合的检测,得到生物单分子层四个透明窗口的频率偏移量分别为10GHz,15 GHz,29 GHz,30GHz。第六,分形结构金属和超导薄膜(NbN)小孔阵列THz波段的异常透射现象研究。主要研究了由方洞和方环组成的二级Sierpinski地毯分形结构,THz多频段异常透射峰主要与表面等离激元(SPPs)和局域表面等离激元(LSPs)相互耦合有关,方洞组成的二级分形结构,LSPs效应相对弱一些。对于超导氮化铌薄膜,当温度略低于转变温度Tc时,由SPPs共振引起的峰值幅度由于动态电感变化最显著,而由LSPs共振引起的峰值幅度变化并不明显。