超表面独特的光学特性,为突破传统瓶颈,发展新型主动可调微纳光子器件提供了可能。本课题主要采用二维材料集成共振超表面（Metasurface）的方式,将高非线性系数的材料与高Q值（Quality factor）的Fano共振超表面、导模共振超表面相结合,探索非线性效应在动态光调控方面的应用。论文的主要内容以及各章节安排如下:1、对基于ENZ材料的非线性效应进行了分析。设计了基于金-ITO的集成Fano共振超表面,研究了该结构的非线性效应。2、对超高Q值二维材料光栅的非线性特性进行了研究。构建了以条带状单层或多层氮化硼为光栅,硅为波导的二维材料导模共振光栅结构,在单层氮化硼的情况下,实现了Q值高达3000000的强共振。此后,我们将基于超高Q值的8层氮化硼导模共振光栅与硅相结合,在6.1 k W/cm~2的入射强度下产生了显著的非线性效应。3、提出了一种基于单层石墨烯集成的低损耗介电谐振光栅的光学非线性超表面。在这里,我们证明了石墨烯可以显著增强所提出的超表面的非线性响应。随着硅光栅的高质量（Q）因子共振,在0.167 GW/m~2的强度下实现了由光学克尔效应引起的共振峰在通信波段附近0.084 nm的显著红移。在通信波段实现了超表面不对称引起的光克尔效应下的非互易现象,如入射光强为0.085 GW/m~2时,在1549.1nm处的正向透过率为0.732,反向透过率为0.025,实现了光学二极管的功能。该结构可广泛用于光隔离器,光开关等领域。4、我们提出了一种基于铌酸锂非线性效应的单层石墨烯基可调谐完美吸收超表面。通过将石墨烯与导模共振光栅耦合,在798.45 nm和1515.72 nm处可获得99.99%的吸收。此外,在非线性条件下通过铌酸锂的光学克尔效应实现了对完美吸收结构吸收率的主动动态调控。在不考虑其他阶非线性效应的影响下,随着入射光强的增大,铌酸锂-石墨烯集成共振超表面的吸收峰会不断蓝移,在797.57 nm处0.13 GW/m~2的入射光强下实现了从23.1%到98.5%的吸收率调制。该工作推动了非线性纳米光子器件的发展,并在光调制器、光隔离器等领域具有重要的应用潜力。