光或者电磁波在人类社会发展中一直占据着举足轻重的地位。随着现代科学与技术的进步,人们对光子的调控达到了崭新的高度。其中,如何实现对光子完全吸收一直是光子调控基础与应用研究关键目标之一。近年来,利用等效介质理论的人工亚波长结构形成的超材料完美吸收体已经受到广泛关注,并在能量收集、Raman光谱增强、非线性光学、传感器、热探测器、隐身技术、选择性热辐射体、成像技术、通信等领域展现了显著的作用和巨大的应用潜力。通常,超材料吸收体是利用贵金属亚波长周期性结构来实现对光子完全吸收。然而,构造亚波长周期性结构,尤其是可见波段的亚波长结构只有数十纳米尺寸,需要特殊技术工艺,一定程度上制约了超材料吸收体的大面积、低成本的制造。此外,超材料吸收体基于等离激元共振产生完美吸收作用,一般需要贵金属去满足等离激元共振的条件,而贵金属介电函数不可调,限制了非结构性调控和应用的发展。本论文围绕超材料吸收体和等离激元耦合效应,研究突破上述两方面限制的可行性,分别利用无序结构和重掺杂半导体在可见到近红外波段实现了完美吸收效应,通过关联等离激元耦合与自由电子定向运动研究无序结构以及重掺杂半导体中的等离激元耦合效应。本论文主要研究内容与进展如下:首先我们探索了利用无序结构替代周期性结构实现超材料吸收体的可行性,实现了吸收性质的调控,并研究了无序结构中光吸收的内在机制。研究发现用金属Ag薄膜/氧化物介质/无序Au纳米颗粒结构能实现吸收率超过99%且吸收波段可调的可见波段超材料吸收体,证实了用无序结构能构造出超材料吸收体。其次,通过原子层沉积法(Atom layer deposition,简称ALD)精确控制中间介质层厚度,通过改变中间介质层的材料或介电常数,以及调节纳米颗粒的尺寸和分布状态,调控超材料吸收体的吸收性质,并在粗糙衬底制备无序超材料吸收体实现可见宽波段的减反效果,从而挖掘了其机制与规律。研究表明高频吸收峰主要来源于干涉相消增强Ag薄膜和Au纳米颗粒对光的吸收,而低频吸收峰来源于Au纳米颗粒与Ag薄膜之间等离激元耦合作用。结果也表明底层Ag薄膜介电函数的变化影响干涉相消吸收峰强度,对耦合所致吸收峰影响较小。其次我们在透明衬底上实现了反向结构的无序超材料吸收体,在调控光吸收基础上,研究等离激元耦合效应随着介质层变化的转变过程与内在机理。研究发现在入射光透过石英透明衬底照射在倒置的金属薄膜/氧化物介质/无序Au纳米颗粒结构时,在可见波段吸收率高于96%。这证明反向无序结构能获得近完美吸收特性。此外,详细研究了反向结构构筑过程中光吸收特性的变化,特别是金属薄膜层对Au纳米颗粒局域等离激元吸收特性的影响及其随距离的变化规律。研究结果表明随着氧化物介质层厚度的增加,金属薄膜层与Au纳米颗粒之间的耦合作用越来越弱,而介质层干涉相消增强吸收主导近完美的光吸收过程;其次研究不同金属薄膜对Au纳米颗粒等离激元的调控作用,发现在相同介质层厚度下,等离子振荡频率高的材料更容易与Au纳米颗粒发生等离激元耦合效应。最后我们验证了利用重掺杂半导体替代贵金属材料实现超材料吸收体的可行性,并研究了重掺杂半导体中等离激元耦合效应及自由载流子受迫运动模型。研究发现重掺杂铝氧化锌(AZO)薄膜在近红外波段表现出很好的等离激元材料的特性。通过ALD技术构筑的AZO/Zn O周期性多层薄膜在近红外波段的吸收率高于99%。利用数值模拟方法设计不同结构,研究了AZO中等离激元耦合效应以及光吸收特性,并建立自由电子受迫振动模型。研究结果证明重掺杂半导体结构中能产生等离激元耦合效应,这种等离激元耦合效应可解释为自由载流子受迫定向运动形成的正反电流对产生的一种磁共振效应,且等离激元能量最终以阻尼受迫振动的方式耗散成热量。