随着中红外源和探测器技术的成熟和2.5μm—25μm的中红外波段超短脉冲激光在对该波段特殊吸收特性的半导体和聚合物材料加工方面具有得天独厚的优势。中红外波段广泛应用在工业、农业、信息产业、军事、医学、科研等领域,例如分子含量的鉴别,自由空间通信、红外泵浦探测光谱和遥感等,使红外波器件也备受学术科研界关注。本文主要利用线性传递矩阵的理论方法和COMSOL软件仿真模拟的方法,设计了金属石墨烯的可调超表面和离子晶体超表面的中红外波器件,研究了吸收、透射特性和光场分布,期待对未来的中红外波器件的设计加工提供可行的设计方案。主要内容如下:1.基于石墨烯条带、金属图层和电介质构成的可调超表面,设计了电介质/石墨烯和金属图案层/电介质电可调中红外滤波器和窄带吸收体。利用金属介电函数随入射电磁波频率变化和外加门电压调控石墨烯条带的电导率等特点,分析各参数对透射率和吸收率的影响。TM波入射此超表面,计算石墨烯条带的费米能级由变化对应的透射谱,接着研究TE波入射结构中的吸收谱,再通过石墨烯和金属图案层的电场分布特点,和施加在石墨烯条带上的电压对图案层表面电场的影响。通过改变各结构层厚度、图案层大小和入射角度,研究各参数对透射率、吸收率和电场局域程度的影响。2.基于离子晶体和金属图层超表面,设计了离子晶体/金属图案层/电介质/金属中红外完美吸收体。首先利用传递矩阵方法,计算了单层离子晶体SiC、离子晶体/金属(IM)、电介质/离子晶体/金属(DIM)、离子晶体/电介质/金属(IDM)和石墨烯/离子晶体/电介质/金属GIDM超表面的吸收率,分别计算吸收峰值。然后通过COMSOL软件模拟仿真验证传递矩阵结果的正确性。又设计了两种金属图案层(单半圆环和双半圆环),得到在中红外的窄带吸收率均在99%以上的两个完美吸收体。与无图案层吸收率进行对比,分析各层材料和图案层对器件吸收的作用。改变离子晶体厚度和入射角等参数,优化此结构的吸收性能。最后添加石墨烯层,使吸收超表面变为电可控吸收体。