新型人工电磁材料即超材料,作为一种具备目前自然界中现有天然材料所不具有的特性的材料受到吸引了研究者们的注意,它可以对电磁波进行调控,实现负折射和隐身等现象。相较于使用金属的超材料,采用全介质超材料可以有效地克服金属材料所带来的色散和损耗。通过采用高折射率的介质材料制成的纳米谐振器可以实现负介电常数和负磁导率,可以用于惠更斯超表面,制作磁反射镜和无反射平板,或是设计具有电磁诱导透明或Fano谐振特性的超材料,也可以通过采用梯度相位等设计方案实现对电磁波的方向、相位等调控。介质超材料还可以根据目前的金属超材料结构来进行设计,实现具有相同性质的人工材料,用于解决在光学器件集成中金属材料的损耗和制作困难等问题。本文中,我们对几种不同特性的超材料做了简要的介绍,设计了几种结构的全介质超材料并使用CST Microwave Studio软件对结构进行仿真,具体内容如下:(1)介绍了超材料的电磁理论基础和介质超材料的设计理论,包括电磁波的传输特性、全介质纳米Mie谐振器、惠更斯超表面、具有偏振转换特性的超材料和梯度相位超材料等,并对超材料的仿真方法进行了说明。(2)设计了一种采用矩形条结构的全介质超材料,包括单层矩形条结构和双层矩形条结构,它可以在近红外频段使入射的y线偏振光转换为x偏振光,并通过对结构的偏转角度、基底厚度进行改变,观察仿真结果得出其对超材料的偏振转换能力的影响。同时对双层条形结构介质超材料的透射振幅中出现的双层结构耦合效应对偏振转换能力的增强现象和其中的Fano谐振现象进行了研究分析,并与相同结构采用金属材料的超材料进行了对比,得出了该结构的全介质超材料在偏振转换能力上明显优于金属材料的结论。(3)根据分裂环结构设计了一种梯度相位的双层全介质超材料,通过改变上半部分圆环的圆心角对相邻单元结构添加附加相位,它可以将入射的y线偏振光部分转化为x偏振光,并且通过超材料的透射光方向会发生偏转。(4)根据矩形槽结构设计了一种采用碳化硅的全介质超表面,通过改变矩形槽的方向来实现超晶胞的梯度相位,它可以使入射的圆偏振光经过超表面后发生异常反射,并实现反射光中的交叉偏振转换。