表面等离激元是由入射光在金属表面激发自由电子集体震荡形成的局域电磁模式,具有电磁场局域增强、空间尺度超衍射极限、共振峰对环境介质敏感等特点。但传统的金属表面等离激元结构存在较高的欧姆损耗。近年来,随着石墨烯、黑磷等二维材料的出现,基于二维材料的表面等离激元结构逐渐成为纳米光子学领域新的研究热点。二维材料复合结构中,表面等离激元的模式耦合会产生许多新奇的物理现象,如:电磁诱导透明,Fano共振,拉比劈裂等,其在纳米光电探测、传感、滤波及非线性光学领域具有重要的应用前景。本文利用时域有限差分方法和有限元方法,结合时域耦合模理论,基于石墨烯和黑磷两种二维材料,系统研究了二维光栅/薄膜复合结构的光学吸收响应,重点分析了该结构中表面等离激元的模式耦合特性。论文的主要研究内容如下:(1)综述了石墨烯材料和黑磷材料的材料特性,给出了红外波段石墨烯和黑磷的电导率和介电常数对电磁波频率的依赖关系。(2)设计了石墨烯纳米条带阵列/石墨烯薄膜的耦合结构。系统研究了该结构中表面等离激元模式与局域表面等离激元模式的共振频率、吸收强度以及模式耦合强度对结构参数的依赖关系;研究了金属衬底对吸收强度的影响,发现通过使用银衬底可实现双通道完美吸收,同时发现该耦合体系的吸收强度随金属衬底与耦合结构的间距作周期性变化;研究了该结构的吸收对石墨烯条带/石墨烯层的费米能级的动态响应,实现了共振频率动态可调的双通道完美吸收,其Rabi劈裂能量超过17.2 meV。基于二维材料条带/薄膜耦合体系表面等离激元模式耦合与吸收特性的系统研究,将为设计可调谐、多通道的纳米光电探测器、调制器与纳米光源提供有益的指导。(3)设计了基于黑磷纳米条带阵列/单层黑磷光学耦合结构。系统研究了黑磷条带和单层黑磷表面等离激元模式间的强耦合效应。研究发现,该结构的表面等离激元模式耦合与系统的几何参数、黑磷材料的电子密度及各向异性密切相关。黑磷表面等离激元模式的耦合强度与黑磷条带与单层黑磷之间的距离呈反相关;通过改变黑磷的电子密度与分子排列取向,可对共振模式的耦合强度与共振频率进行主动调控;此外,发现耦合模式的吸收强度随耦合结构与金属衬底的间距作周期性变化,吸收谱呈现周期性的吸收节点。该耦合结构中黑磷表面等离激元模式的耦合特性及调控机理将为基于黑磷材料光电子器件的设计提供新的方法与思路。本文通过对二维材料的局域表面等离激元和非局域表面等离激元模式耦合与吸收特性的研究,为基于二维光栅/薄膜复合结构的可调谐光电探测器、调制器、多通道吸收器等光电子器件的设计提供有益的指导。