超材料具有自然界中常规物质所不具备的超常物理性质,在纳米光子学中是一个重要的研究方向。超材料能够突破衍射极限并且响应波段可调控,在生物医疗、成像、光伏等领域都有很大的应用前景。而近年来基于全介质的超材料因为具有损耗小、稳定性高等优势,成为当前超材料的一项研究热点。以下是本篇论文的主要工作:1.设计了一种基于全介质SiO2的单通道完美吸收结构。通过数值分析计算得出结果,这一吸收器在波长为2.14μm处实现了对电磁波超过98%的光吸收,相应的半高宽为20 nm,这一结构还具有对偏振光不敏感的性能。增加单通道吸收器中SiO2圆盘的高度和半径,相应的工作波段会在短波红外内发生红移。在单通道吸收器的基础上设计了一种双通道吸收器,在2.63μm处吸收率达到92%在2.22μm处吸收率达到87%,相应的半高宽分别为22 nm和5 nm。2.利用超材料的选频特性以及多孔硅对水的吸附性,设计了一种基于全介质SiO2-介质-金属的湿度传感器,结果表明当湿度增大引起多孔硅的介电常数增大,可以得到发生较大红移的反射曲线,共振波长的吸收率和工作位置会发生明显的改变,适合用来进行湿度探测。3.设计了一种基于全介质SiO2的宽带完美吸收器结构。借鉴多层膜原理对工作在长波红外处的SiO2吸收器进行波段拓宽,最终实现在8.16～9.61μm之间吸收率超过90%,半高宽为2.26μm。这一结构在入射光角度达到70ο之内都能保持良好的吸收形貌,吸收率能够超过70%的同时保持吸收带宽几乎不变。4.设计了一种全介质SiO2-介质-金属红外量子阱探测器光耦合结构。在波长为14.5μm左右即甚波长波段实现电磁波吸收,可以得到超过90%的光吸收。通过改变不同参数进行计算比较,可以得到结构的吸收效率变化以及吸收波段的改变仅与介质层的厚度相关,其余参数对结构的性能影响较小,通过电场增强模型我们可以看出吸收率受到介质层厚度和介电常数变化的影响。