在过去的三十年里，微纳光子学的研究取得了突飞猛进的进展，其中比较突出地表现在光子晶体的发展、等离激元学和超构材料(metamaterials)的发展。迄今为止，人们发现，光子晶体、超构材料和亚波长微纳结构等可以有效地控制光的激发和传播，由此发展出许多新奇功能的光子材料和器件，在光集成、信息通讯、传感与检测、成像与显微等多个领域有着重要应用。最近几年，人们开始在光子系统中引入可调控材料，希望实现可调控的新型光子材料和器件。另一方面，自从2004年石墨烯被首次制备出来以后，人们发现石墨烯具有线性的能带结构，其电子迁移率远高于传统半导体材料，可以作为高速电子器件;最新的研究表明，石墨烯同时也是一种很有发展前景的光子学材料，可以为光子学和等离激元学提供诱人的调控平台，相关研究正发展成为石墨烯光子学(graphene photonics)和石墨烯等离激元学(graphene plasmonics)。由此可见，石墨烯为研制新型电磁波材料和器件提供崭新的材料体系和物理思路。本论文从理论和实验两方面研究石墨烯加载的微纳结构中电磁波传播，取得如下有意义的研究结果:　　第一，发现和理论证实利用石墨烯加载的金属光栅可以实现太赫兹波的不对称传输(asymmetric transmission)。我们首先构造了外磁场作用下石墨烯加载的金属光栅系统，利用散射矩阵方法解析得到横电偏振和横磁偏振太赫兹波在该系统中传输的透射和反射系数。研究表明，当太赫兹波穿过该系统时，由于石墨烯具有霍尔电导，系统中的共振模式在横电和横磁两种偏振态之间相互转换，从而导致太赫兹波出现不对称传输。研究还发现，太赫兹的不对称传输行为随着外加磁场的改变或者石墨烯的费米能级的变化而发生显著的变化。该研究为研制可调控型太赫兹器件提供了一种独特的思路。　　第二，我们发现和理论证实外磁场作用下石墨烯加载的光子晶体中太赫兹出现非互易传输(non-reciprocal transmission)特性。由于石墨烯在太赫兹波段具有很强的磁光效应，我们将石墨烯加载到光子晶体中，在很宽的频率范围内得到了非互易的光子能带结构。圆偏振的太赫兹波在两个传播方向上具有不同的能带结构和透射率。通过调节磁场或者改变石墨烯的费米能级，太赫兹波的非互易传输性质发生显著的变化。进一步地，我们将石墨烯穿插于光子晶体层与层之间的界面处，研究表明当石墨烯的层数足够多时，就可以实现圆偏振太赫兹波的单向传输。相关研究结果给出了研制诸如隔离器等单向太赫兹器件一种新思路。　　第三，我们理论设计和实验证实了石墨烯有效调控等离激元波导的色散关系和传播性质。我们将石墨烯加载于由具有纳米小孔阵列的等离激元波导上，实验结果表明，石墨烯改变了波导的色散关系，从而对应于表面等离激元激发的共振谷发生了红移。进一步地，我们提出了一个在可见光波段进行有限时域差分法计算的模型，很好地描述了石墨烯的光学性质。运用该模型，我们从理论上证明，通过调节石墨烯的费米面或者利用石墨烯的非线性光学效应，我们可以对表面等离激元波导的色散关系进行调控。　　第四，我们提出并在理论上证实了石墨烯微管可以作为太赫兹的等离激元波导。通过把石墨烯卷成圆柱状，我们得到了石墨烯微管。理论计算结果表明，微管可以作为等离激元波导，其中等离激元的非局域效应只有在半径大约为几十纳米时才变得显著。对于半径在微米量级的波导，非局域效应可以忽略，我们可以把它简单地当作一个导电曲面。相应的波导模式具有非常局域的电磁场和相对长的传播长度。通过在传播方向上引入周期性分布的费米面，波导的色散关系中出现了带隙，带隙里面不存在模式。通过这种方法，我们可以对石墨烯微管中等离激元的传播进行调控。　　综上所述，本论文从理论和实验两方面系统研究了几种石墨烯加载的微纳结构中电磁波的传播规律，揭示了石墨烯加载的金属光栅中太赫兹波的不对称传输以及石墨烯加载的光子晶体中太赫兹波出现非互易传输特性，发现了外部磁场和石墨烯的费米面能够有效地调节这些传输行为，为研制太赫兹单向器件开拓出新的科学思路;同时实验揭示出石墨烯对等离激元波导中色散关系和传输性质的调控规律，给出了合理的理论模型来描述石墨烯在可见光区的光学性质;此外，还提出并证实了石墨烯微管可以作为太赫兹波段的等离激元波导，等等。这些研究结果拓展了人们对石墨烯光学性质的认识，发展了石墨烯等离激元学，可应用于基于石墨烯可调控的太赫兹波器件和新型光电材料和器件。