电磁超材料是一种人工结构,其特殊的物理性质来自于亚波长人工原子的各类谐振模式,如金属基开口谐振环的LC谐振和介质颗粒的Mie谐振。介质基Mie谐振单元热耗散低,被广泛应用于超材料设计。这些人工原子可进一步构成人工分子,并产生近场耦合效应。Fano谐振为具有非洛伦兹型频谱的量子效应,源自于近场中的相长和相消干涉。它通常具有高品质因数和高度局域化近场,因此可增强人工分子的电磁响应,可潜在应用于传感和近场成像等领域,而实现Fano谐振的外场可调对其应用有重要意义。同时,Fano谐振与对称性破缺关系密切,可用于设计非互易或非对称传输超材料。因此,本论文中致力于实现用Mie谐振介质单元构建数个Fano谐振人工分子,研究其内在物理机制,探讨各项参数对其响应的调制作用。在此基础上,实现了对Fano谐振模式的外磁场可调,并利用Fano谐振设计了非互易性增强的人工分子以及全介质非对称传输超材料。本论文的主要内容和创新点如下:基于金属开口谐振环与介质Mie谐振颗粒的耦合效应,设计出Fano谐振杂化人工分子,谐振品质因数为96,实现了对第一级Mie谐振模式的调制和性能增强,可降低对介质材料的要求。通过控制Mie谐振可调节Fano谐振峰位,并实验验证了人工分子对温度变化的响应。基于铁氧体的磁导率模型,设计出由YIG铁氧体和介质Mie谐振颗粒构成的耦合人工分子,实现了对Fano谐振和Mie谐振的外磁场可调,其中Fano谐振表现出更大的移动速率。通过对该结构的进一步修改,实现了在Fano谐振附近的非互易性增强,其非互易频带窄,单向透过响应具有频率选择性。这类耦合人工分子具有很高设计自由度,可通过改变介电常数、饱和磁化强度、尺寸等多个维度,调节和优化其电磁响应。该人工分子可用于设计动态控制的磁调开关和隔离器。基于非对称传输理论,设计出由Mie谐振颗粒构成的全介质手性超材料。仿真证实了该超材料对线偏振电磁波表现出双频带不对称透射现象,实现了对电磁波偏振态的转化,人工分子内部和分子间耦合作用均可对超材料的电磁响应构成影响。低频的不对称透射由耦合的Fano谐振模式产生,并得到实验的初步验证。所提出的基于Mie的超材料结构简单,可用于偏振控制器件。