太赫兹波具有独特的频谱位置和电磁特性,目前太赫兹技术的研究热点和应用瓶颈主要集中在信号源功率、探测器灵敏度和功能器件性能三个方面。就功能器件而言,许多在微波或光波段较成熟的功能器件设计原理或方案在太赫兹波段已不再适用。而超表面的提出和应用为太赫兹功能器件的研发提供了有效方法。本文的工作主要是针对高性能主动调控太赫兹功能器件的需求,将高效、低成本的新型纳米材料和制备工艺成熟的半导体材料与超表面结构相结合,设计并研究了太赫兹幅频调制器、太赫兹慢光调制器等多功能调控器件,并对基于深度学习神经网络方法的超表面结构设计及优化进行了研究。主要内容及创新点如下:1.基于纳米晶体的光响应特性,在传统金属超表面中引入新型纳米材料,设计并制备了频率及幅度双调控的太赫兹调控器件和基于等离子诱导透明的慢光调控器件。将核壳结构的Cd Se/Cd S量子棒与耦合开口谐振环单元结构相结合,实现了光泵浦对超表面共振频率和透射幅度的有效调控,并研究了旋涂速度对调制性能的影响。此外,还将Cs Pb Br3量子点与等离子诱导透明单元结构的超表面相结合,实现了透明窗口的光泵浦主动调控,归一化调控深度达到74%,具有较好的相位超前和群延迟特性,有望作为高效慢光器件应用在太赫兹通信及调控领域。这种将新型纳米材料与超表面相结合的方式,也为动态调控太赫兹超表面器件提供了一个低成本、易加工且灵活有效的实现方案。2.设计了两种多功能超表面结构,一种是将经典的光敏半导体硅和二维石墨烯材料同时引入到互补型超表面结构中,分别通过光泵浦和外加电压的方式,实现了对反射式等离子诱导透明现象的双模式主动调控;另一种是将二氧化钒相变材料与超表面吸收体单元结构相结合,设计了一种能够在窄带吸收和类电磁诱导透明两种功能之间灵活切换的主动调控器件。多功能复合超表面的设计为紧凑型多功能的太赫兹调控、慢光器件的制备提供了新的思路,为多功能、高集成化的太赫兹系统设计及研制打下基础。3.提出了一种基于深度学习神经网络方法的快速、高效、智能的高Q值超表面传感器单元结构的设计方法。通过将Fano谐振的透射特征谱线作为样本,训练反向传播神经网络,建立超表面谐振单元的结构参数与其电磁谐振特性的联系,进而得出同时具备高Q值和高灵敏度的最优化太赫兹超表面传感器的单元结构设计方案。