石墨烯是由碳原子组成的一种理想二维纳米材料,具有超高电子迁移率和热导率、优良的导电性、理想的透光性以及其它奇特的物理性质。外加偏置电压或化学掺杂可以动态调节石墨烯表面电导率,这一特殊的性质使得石墨烯在光电探测器、超灵敏传感器、透明导电薄膜等研究领域有着广阔的应用前景。石墨烯堆栈是一种将石墨烯与惰性介质层(如三氧化二铝、氟化镁)相互堆叠所形成的多层介质结构,它既能保持单层石墨烯的电学特性,又能大幅度增加载流子浓度,突破了目前石墨烯光电器件研究中所面临的技术瓶颈,克服了单层石墨烯共振响应弱、调制不灵敏、结构不稳定等缺点。为此,本研究设计了一系列基于石墨烯堆栈的可调谐功能器件,如太赫兹器超材料、天线、光开关、调制器、吸波体等,仿真分析了器件的光电响应特性和性能。主要研究内容如下:1.通过等效媒质法,验证了基于石墨烯堆栈的太赫兹超材料在可调谐性能上较单层石墨烯超材料有着很大的提高;分析了石墨烯堆栈的填充因子、斜入射波等对于太赫兹超材料可调谐性能的影响。2.将石墨烯堆栈嵌入微带线中间介质层,通过对回波损耗和相对带宽进行优化,设计了一种具有高集成度、宽带、低损耗、工作频点动态可调的太赫兹微带缝隙天线。3.设计了一种基于石墨烯堆栈、光波导和光子晶体纳米梁腔的光开关,通过调节石墨烯化学势实现了良好的开关转换效果;利用介质共振腔微扰理论解释了波导内共振波长随石墨烯化学势增大而产生蓝移的原因,并讨论了石墨烯堆栈层数对于开关特性的影响;4.通过将石墨烯堆栈嵌入光子晶体波导的耦合缺陷腔中,实现了可调共振耦合腔诱导透明效应,并利用修正的时域耦合模理论分析了该效应产生的物理本质。在此基础上,增加耦合缺陷腔数量还可以产生多模共振耦合腔诱导透明效应,且改变石墨烯化学势可对透射峰模数进行调制。5.设计一种具有Bragg反射镜的光子晶体纳米梁腔,将石墨烯堆栈嵌入腔内,通过调节石墨烯化学势改变堆栈的吸光率,当满足临界耦合条件,实现了对入射光99.7%的完美吸收。6.将石墨烯堆栈与多周期光栅结合,利用石墨烯强烈的表面等离子体共振响应,实现了780nm至5351.6nm的超宽带吸波。通过本文的研究,充分展示出石墨烯堆栈在太赫兹、光学器件中实现大幅度动态可调的优越性,进而拓展了可调谐功能器件的设计思路,具有较强的研究意义。