表面等离子体是限制在金属-电介质界面上的电磁波,它能够突破经典衍射极限,具有引导、控制和能在亚波长尺寸操纵光的优点。石墨烯,一种具有单原子厚度的二维蜂窝状晶格结构材料,具有独特且极为优异的光电性能。近年来,石墨烯表面等离子体(GSPs)由于具有动态可调谐性、极强的场局域性和低传播损耗等优点,在理论和实验研究中引起了各领域科研人员的极大关注。本论文在前人对表面等离子体和石墨烯的研究基础上,基于时域有限差分法(FDTD)和耦合模理论(CMT)做了较多的尝试后,构建了几类具有代表性的模型,为研究GSPs的光学特性,对其进行了数值计算和理论分析:1.对基于石墨烯方环结构的可调表面等离子体进行了数值分析与研究。由于局域场增强效应,被激发的表面等离子体波被强烈地限制在石墨烯光栅区域。通过时域有限差分仿真模拟与耦合模理论分析,研究了共振波长及模式寿命的变化。结果表明:随着费米能级与载流子迁移率的改变,GSPs的共振模式寿命可以被调控。通过分析吸收光谱,FDTD模拟结果与CMT理论结果十分吻合。另外,通过改变石墨烯方环的内径与外径,以及衬底材料的折射率,也可以调整共振波长的波段范围以及吸收率的高低。2.建立并模拟仿真了石墨烯哑铃型光栅结构,通过提高费米能级和载流子迁移率等参数,共振波长处的吸收峰得到了明显地提升,最大值可达53%;对应共振波长发生蓝移,吸收峰的位置可在较宽的波段范围进行调整。通过改变几何结构,例如增加连接带,可以实现对共振模式数量的调节。此外还可以调整其它几何参数如半径、缺陷长度,可以实现对共振波长位置与吸收率高低的调控。所提出的石墨烯纳米结构在中红外波段展现出很好的应用前景,为未来实现基于石墨烯表面等离子体光调制器、吸收器等提供实现可能与设计思路。3.所设计的十字孔型石墨烯阵列结构具有三种共振模式,光谱较为丰富,具有多个吸收光谱带,且对应的共振峰吸收率较高。该结构表明GSPs的吸收效率并不会随石墨烯层的单位面积占比的增加而保持持续增加的趋势,因此在设计制造器件时对几何参数的选取十分重要。另外,随着费米能级、载流子迁移率以及部分几何参数的调整,计算并研究了共振模式对应品质因子的变化情况。品质因子的提高代表带宽变小,这使得设计的滤波、调谐等器件选择性更好,在较小的共振范围具有更好的稳定性。