电磁超材料是一类具有自然界中材料所不具备的异常特性的人工复合结构材料,其特性包括异常折射率和完美吸收等。电磁超材料在隐身、超分辨率成像、传感等领域具有广阔的应用前景,特别是类似红外、可见光、紫外等高频波段,该材料能够解决电磁场在原子尺寸上的波动问题。然而在高频波段实现电磁超材料并不容易,存在很多问题。例如,电磁超材料的异常特性强烈的依赖于材料的选择和结构的设计,因此存在很多缺陷,包括在高频段金属的高损耗,双负共振机制的窄带宽,以及基于结构设计的电磁特性不可调谐性等。部分电磁超材料还存在对不同偏振光敏感,严重影响其吸收性能。为了解决这些问题,本论文首先利用手性结构实现多频带负折射率特性,利用笼目结构实现了双频带零折射率特性。然后基于表面等离子体共振结构的局域场增强和消光效应,得到近完美或完美的吸收性能。最后在表面等离子体激元共振结构中置入石墨烯,通过石墨烯的化学势对吸收特性进行调谐。双负共振机制所带来的高损耗给负折射率电磁超材料在红外和可见光这样的高频段实现起来有一定的难度,而手性结构在实现负折射率时介电常数或磁导率一方为负,因此能够减少共振所带来的损耗。据此原理设计了双层共轭四“C”型开口镂空谐振环手性周期纳米结构。该结构在手性的作用下分别对红外和可见光波段的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光实现多频带的负折射率特性。与负折射率电磁超材料相似,当介电常数和磁导率同时为零或一方为零时形成零折射率电磁超材料。因此设计了笼目周期纳米结构,该结构受电磁共振的作用在可见光和紫外波段实现了具有介电常数为零、磁导率近似为零的双频带零折射率电磁超材料。基于杂化的表面等离子体激元和电偶极子共振设计了两种完美吸收电磁超材料结构。一种是双层交叉椭圆盘周期纳米结构,研究了材料和几何参数对不同偏振光吸收性能的影响。另一种是双层交叉椭圆洞周期纳米结构,结构中第二层表面等离子体激元共振在第一层椭圆洞的超透射机制作用下得到加强,因此双层交叉椭圆洞周期纳米结构比椭圆盘纳米结构具有更高的吸收性能。电磁超材料的异常电磁特性强烈的依赖于材料的选择和结构的设计,通常不具有可调谐性,这极大的限制了电磁超材料的应用。研究发现在双层交叉Ag椭圆洞周期纳米结构中置入石墨烯,石墨烯的层数和石墨烯置入的位置对吸收性能都有影响。首先,多层石墨烯置入结构的吸收性能随石墨烯化学势升高而增强,但是存在截止值。其次,该结构随温度的变化吸收性能非常稳定,除在极低的温度下受激子吸收略有提高。