石墨烯是一种由蜂窝状有序排列的平面碳原子组成的单原子厚度的二维晶体。它具有独特的零带隙电子能带结构，表现出优良的力学、电学和光学性能。这些优异的性能使石墨烯在光电器件应用上具有广阔的前景。然而在近红外和可见光频段，单原子层的石墨烯与光的相互作用相对较弱，使该频段的石墨烯光电器件的开发受到一定的限制。这种限制主要体现在两方面:一是该频段内的石墨烯对入射光的吸收效率较低，无法满足石墨烯光电探测器的应用需求;二是该频段内的石墨烯对空间电磁波响应的电调控能力较弱，导致石墨烯电光调制器性能较弱。　　本学位论文正是基于上述问题，研究可见光与近红外频段内石墨烯与光相互作用的增强方法。　　一方面，在可见光频段内，利用超材料完美吸收体中的超薄狭缝波导模型，提出一种基于金属层-介质层-石墨烯-介质层-金属层（metal-dielectric-graphene-dielectric-metal，MDGDM）的石墨烯表面等离激元结构，结构中的石墨烯对可见光的吸收率达64.8％。石墨烯对可见光的吸收谱还可以通过改变结构的各个几何参数来调节，并且该吸收谱不依赖于入射光的角度变化。另外，通过设置不同宽度的金属纳米条块分布，还能使石墨烯对入射光的吸收谱呈宽带特性。MDGDM结构对于可见光频段内的石墨烯增强吸收体设计具有重要的参考价值。　　另一方面，在近红外频段内，利用狭缝增强吸收模型，提出一种电可调的等离激元超材料吸收体(plasmonic metamaterial absorbers，PMAs)，它的反射谱可以通过门控电压来进行调制。作为一种石墨烯空间电光调制器，由于结构中的狭缝模型对石墨烯和光的相互作用有极大的增强作用，该调制器可以实现高达86.7％的调制深度，以及258.2nm的谐振波长调制偏移量。采用等效电路理论和电磁场分布原理，对这种狭缝增强效应的物理机制进行深入探索。通过一系列数值仿真，得出狭缝高度和宽度对调制器性能的影响规律，并用石墨烯等离激元效应对该规律进行理论分析。为了将该调制器的应用范围扩展到近红外的不同波段，还可以通过改变最上层纳米金属条块的宽度，来调节调制器的工作波长，满足不同领域的应用需求。该结构对于近红外频段内石墨烯空间电光调制器的设计具有重要的指导意义。　　另外，为了将上述二维石墨烯等离激元器件推广到三维结构，提高数值仿真效率至关重要。本论文利用边界积分谱元法，通过合适的网格划分，对不同形状的三维石墨烯吸收体进行仿真分析。通过与时域有限差分法(FDTD)对比，在相同运行环境下，边界积分谱元法对三维石墨烯等离激元结构的仿真效率是FDTD的25倍。利用该算法的效率优势，提出一种三维石墨烯等离激元增强吸收结构，使得单层石墨烯在可见光的吸收率可以达到34.8％。　　本论文的创新性在于，深入研究可见光和近红外波段内的石墨烯/金属复合等离激元结构中石墨烯与光的相互作用增强效应。本论文的研究成果为该频段内的石墨烯等离激元纳米光电器件的设计提供了一种思路，为进一步在实验中制备石墨烯光电器件提供一种理论指导。