超材料是一种新型的人工微结构材料,因其独特的设计理念和物理性质,在各个领域都有着十分广泛的应用前景,受到世界各国研究者们的广泛关注,是近年来国际学术界的研究热点之一。伴随着电磁超材料、声学超材料领域的快速发展,关于其吸波性能的研究同样引起了大家的兴趣。因超材料有着可任意调控的有效介质参数,可以很好地用在相干完美吸收体的设计中。相干完美吸收体是利用相干光在吸收体内的干涉效应,产生反激光过程,使吸收体可完美吸收掉所有入射波的能量。相干完美吸收体又称时间反演激光器,与激光器是两个完全互逆的物理过程。最近,相干完美吸收体在光学和声学领域里相继被提出和实现。此外,相干完美吸收体—激光器的概念由研究学者们从Parity-Time(PT)对称系统,即宇称时间反演对称系统中提出,利用系统中的吸收和增益材料参数,仅需通过调节入射波的相位差,就可以使其功能从一个激光器变成相干完美吸收体。本文从相干完美吸收体对入射波相位相干性的严格要求出发,研究了其在实际应用上的局限性,进而提出多通道相干完美吸收体的概念,并设计不同的结构来实现多通道相干完美吸收体,使具有随机波前的“不相干”波也能被完美吸收。另外,我们研究了一种新颖的超材料:能量平衡零折射率材料,并利用其实现了相干完美吸收体—激光器。本文的主要安排如下:第一章,本课题研究背景及进展。简单介绍了电磁超材料、声学超材料的研究进展及其物理特性,重点阐述利用超材料实现光学与声学相干完美吸收体的理论推导和数值模拟。第二章,多通道光学相干完美吸收体的研究。从对相干完美吸收体的相位相干性研究出发,提出两个设计方案,即多层圆柱体结构和相干完美吸收体群集,来实现多通道光学相干完美吸收体,它可以减弱对入射波相位相干性的要求,并对具有随机波前的“不相干”入射波的吸收也有着较好甚至完美的吸收效率。第三章,多通道声学相干完美吸收体的研究。借助光学与声学波方程的相似性,构造多层圆柱体结构实现了多通道声学相干完美吸收体。第四章,能量平衡零折射率材料实现相干完美吸收体—激光器的研究。首先介绍了一类特殊的超材料,它拥有复介电常数和复磁导率,但虚部为一正一负,而且折射率为实数的能量平衡材料,这意味着介质中存在吸收和增益而且达到平衡。然后通过相干完美吸收体和激光器的条件分析,我们发现当吸收和增益有相同大小时,在PT对称系统实现了的相干完美吸收体—激光器,也可以用能量平衡零折射率材料实现。