表面等离激元是一种在金属/介质界面处由自由电子与光子相互作用所产生的沿表面传播的电磁波。其具有一系列奇特的光学特性,例如亚波长模式限制,巨大的局域场增强,异常的透反射和极强的光学吸收等。目前表面等离激元已经在许多领域得到了广泛的应用,例如分子传感器,高效太阳能电池和光子集成电路等。而大量的相关研究主要集中在金和银,这类贵金属的欧姆损耗制约了器件的进一步发展。随着二维材料研究的兴起,石墨烯展现了在等离激元研究方面的潜力。石墨烯是一种二维(2D)碳晶体,作为一种半金属其导带和价带相交于狄拉克点。与贵金属中的等离激元相比,石墨烯等离激元具有动态可调性,较高的载流子迁移率以及较好的局域场增强,这些特性使石墨烯等离激元在相关应用中起着重要作用,例如光电调制,光信号处理和可调谐的太赫兹超材料等。然而实际上,计算复杂的石墨烯微纳结构体系中的电磁散射等问题效率很低且耗费计算资源,特别是对于周期性或分层的石墨烯结构,更加迫切的需要提出一种高效的计算方法。因此在本文中我们结合等效介质理论和传输矩阵方法,提出了一种简易的理论计算模型,可以高效地计算石墨烯周期阵列结构中电磁散射等问题,并且进一步的对于多层石墨烯周期微纳结构的光学吸收特性影响因素进行计算分析。该理论模型为基于多层石墨烯微纳结构的光电器件设计提供了有效的解决方案,其中主要计算研究分为如下三个部分:(1)石墨烯周期界面等效表面电导率计算。对于有图案的不连续的石墨烯周期阵列结构,我们利用等效介质理论中的Maxwell-Garnert理论将其等效成一个均匀的二维界面,根据公式得到该界面的表面电导率模型。在均匀化的过程中,用连续的石墨烯表面电导率来表征局部共振,用去极化因子表征结构之间的相互作用。(2)基于单双层石墨烯微纳结构的理论模型验证。在处理石墨烯多层结构中,我们将石墨烯周期阵列界面以计算得到的等效面电导率模型的形式带入边界条件中,再通过传输矩阵方法(TMM)可以高效地计算出多层石墨烯周期阵列结构的光学行为。并且基于该理论模型的计算结果,通过对比单层以及双层石墨烯介电结构中数值计算结果与仿真模拟结果,验证了该理论模型在计算多层石墨烯微纳结构中具有一定的可靠性。(3)多层石墨烯微纳结构基于理论模型的计算分析。我们提出了高效的理论计算模型,并且在仿真结构中验证了其计算结果的准确性,进而借此方法,我们进一步计算了多层石墨烯圆盘周期阵列的高吸收,并分别讨论了单元结构周期尺寸、介质层的厚度以及石墨烯层数对光学吸收的影响。通过计算发现,这三个因素对该体系的光吸收都有着至关重要的影响作用。在以光的高吸收为目的的前提下,我们得到了不同体系存在的最佳单元结构周期尺寸,以及最优化的介质层厚度,而且发现石墨烯层数越多对多层结构光的高吸收越有利。我们的理论计算模型不仅仅为基于多层石墨烯微纳结构的光电器件设计提供了高效的解决方案,还可以为石墨烯等离激元器件设计提供有效的参考依据。该论文有图20幅,参考文献104篇。