随着光电子技术不断朝着微型化、集成化发展,传统光学中的衍射极限问题成了制约该领域技术发展的瓶颈。表面等离激元(SPP)通常为在金属或半导体表面自由电子被激发后的集体振荡波,具有超衍射和局部电磁能量密度增强的特性,有望被广泛应用于超分辨成像、红外探测、生物传感等众多领域。然而,单一的金属结构器件的表面等离激元调制性能相对受限。以石墨烯为代表的二维材料具有很好的光学、电学可调制性能,基于石墨烯的金属微纳光学天线可在亚波长尺度上对表面等离激元进行更多参量的调控,通过合理地设计复合天线结构可获得全新的近场、远场光学物理特性。本论文结合石墨烯材料本身优异的光电调控特性,构建金属-石墨烯复合结构等离子体光学天线,研究其SPP在不同的干涉态下电磁能量转换转化机制,进而研究相应SPP干涉态下电磁能量转换及对石墨烯材料的能带结构的影响,最终得到复合结构光学天线的光电导调控规律。本论文主要研究内容包括以下几个部分:1.首先通过公式推导阐述金属-电介质表面产生SPP的机理,分别从激发光的两种偏振态(TM偏振和TE偏振)进行研究,利用Maxwell方程组、Helmholtz方程和电磁场的边界条件等公式推导出不同偏振态下SPP的波动方程及色散关系,同理在石墨烯材料上推导SPP的传输机制。2.其次根据SPP产生及干涉机理,设计金属-石墨烯复合天线结构。探究该复合结构的等效电路模型,不同的金属天线几何结构对应于不同的电路参数,分析相邻金属天线对子之间的间距以及石墨烯的材料特性如何调谐其共振波长等;研究金属-石墨烯复合天线单元结构被激发光激发出SPP的电场分布,进而构建产生不同SPP干涉场的金属-石墨烯复合结构光学天线阵列,探究在不同SPP波干涉态下电磁能量转换机制及对石墨烯光电导的调控作用。3.通过仿真设计构建产生SPP波干涉图案的“十字架”金属-石墨烯复合天线结构,探究不同偏振态的激发光对SPP波干涉图案的调控;利用微加工方法制备出金-石墨烯复合结构光学天线阵列样品,对制备的样品进行多种表征测试,探究样品的形貌及其光学特性;利用散射式扫描近场光学显微镜(s-SNOM)对样品进行光学近场成像,探测该复合结构在激发光的照射下产生的SPP波发生相互干涉后形成的干涉图案。