表面等离激元（SPPs）作为现代纳米光学的重要部分,有着巨大的发展潜力。SPPs可将光场局限在亚波长尺度空间内,使得人们可以在亚波长范围内对光信号进行激发和调控,因此,SPPs在生物、化学、信息等领域具有重要的应用前景。近年来,二维材料因其等离激元具有电光可调性和低损耗的优势得到了人们的广泛关注。其中,最具代表性的材料就是石墨烯。目前,已有多种石墨烯等离激元器件,包括可调谐的石墨烯阵列滤波器、布拉格反射器、石墨烯超材料、石墨烯等离激元波导等。基于当前研究现状,本文针对石墨烯的光电性质及其表面等离激元现象进行了深入探讨,并在此基础上设计了下列功能性表面等离子体光子器件,主要研究成果如下:（a）利用多模干涉自成像的原理设计了1×2石墨烯波导分束器,该器件可以将TM偏振的红外光转化为沿着石墨烯表面传输的表面等离激元,传播过程中伴随着互相干涉,最后在终端形成一分为二的光束。研究中采用了导模分析法计算了石墨烯波导内的多模干涉过程,并推导出了成像位置。仿真结果显示分束效果较好,合理设计波导长度可使光束一分为多。此外,还研究了波长、费米能级和衬底折射率等参数对分束器传输效率的影响。（b）基于微分光线理论设计了非周期介质阵列结构的近红外波段聚焦器,可以将近红外波段光局限在石墨烯表面并聚焦,电场的分布仿真图与计算推导出的光线路径相一致。结果表明当石墨烯费米能级1)为0.64 e V、波长为5μm时,表面等离激元能量汇聚于离入射端5μm处,焦点处电场的FHWM为62 nm,实现了超越衍射极限的聚焦。此外,还研究了石墨烯费米能级和入射波长对焦点处的能量损耗的影响。因为石墨烯等离激元局限于表面传输的特性,所以该器件可适用于硅基集成光路中,具有一定的实用价值。（c）设计了一种石墨烯圆柱阵列-金属-布拉格反射镜复合结构的红外光吸收器件。利用石墨烯局域等离激元与Tamm态等离激元的谐振实现了对特定波长光的吸收,在3.29μm处吸收峰值可达到95.7%,且该装置对入射光的偏振不敏感。仿真结果表明:对于任意角度的线偏振光,吸收峰位置都是固定的,且吸收峰形态未发生变化。此外,由于石墨烯光电性质的可栅压调控性,该器件在近红外波段光的吸收谱可以动态调控,最后,还研究了不同入射角对光吸收谱的影响。