超构材料是一类人工设计的周期性复合材料。通过对其单元结构的巧妙设计可以获得超常物理性质,进而实现对电磁波传播特性的调控,可用于等离激元诱导透明、多波段吸波体、光子晶体和辐射致冷等功能器件。常见的超构材料的单元结构大多是由金属、电介质、或金属和电介质组合而成。然而,基于此类材料的结构一旦固定,就很难对其性能进行灵活调控。采用具有温度、磁场和电场等响应特性的材料可使超构材料具有动态响应特性,其中具有温度响应特性的研究是近几年研究的热点。实现具有热可调性能时可选用如石墨烯、二氧化钒、狄拉克半金属、锑化铟等温度响应材料来对器件性能进行动态调控,从而满足不同功能型应用的需求。本文结合有限元方法,设计了具有响应特性的超构材料,并研究了四种不同类型的光学器件,具体研究成果如下:1.考虑了石墨烯超构材料中电子与声子的相互作用,实现了热调谐的等离激元诱导透明效应。所设计结构由两个空心的方形石墨烯和一个位于中间的矩形石墨烯条带组成。二者都可以作为亮模式被入射光直接激发,在亮模式之间的近场耦合作用下形成了一个明显的透明窗口。由于石墨烯的电导率具有温度响应性,所以采用洛伦兹振荡模型对不同温度下的透射光谱进行了数值拟合。随着温度的升高,透明窗口的带宽和透射率逐渐减小。作为慢光器件的潜在应用,探究了温度为60～500 K时的群折射率,该结构在60 K时群折射率指数最大可达2338,体现了良好的慢光性能。2.研究了由石墨烯和金属-绝缘体-金属结构组成的可调谐多波段吸波体。其中石墨烯层位于顶层不对称双T型空腔的下方。由于T型空腔的上下对称性被打破,双波带吸收将转变为三波带吸收。随着中心对称性的进一步破坏,导致共振峰发生劈裂。此外,吸收峰还可以通过调节费米能和入射光的偏振角进行非接触式调控。以有效媒质理论为基础,在T型空腔滴入不同浓度的溶液,可得到该结构的灵敏度为1673.33 nm/RIU,可应用于传感器和滤波器。3.采用了传输矩阵法对由VO2和Si O2层交替排布组成的一维光子晶体的色散性能进行了数值研究。利用相变材料VO2在低温和高温时分别呈现出不同的晶格结构与光学性能,实现了热可调的光子晶体带隙。VO2（M）/Si O2光子晶体结构的带隙宽度随着温度的升高而变窄并发生红移。根据VO2的相变特性,将结构调整为VO2（M）/VO2（R）/Si O2,可使结构中同时含有绝缘相与金属相。随着VO2（M）与VO2（R）的厚度比例增大,带隙宽度逐渐变宽并出现蓝移。此外,研究了梯度复合材料的离散层对一维光子晶体带隙的影响,减小了实际操作中的误差,增强了该结构的可行性。4.设计了基于VO2超构材料实现的高效辐射致冷器。该结构由多层基底上周期排列的图案化VO2超构材料和放置顶部的复合颗粒层组成。通过优化顶部复合层和温度获得了高发射率。在含有复合层且VO2呈金属相时,大气窗口（8～13μm）处平均发射率可以达到95.2%。此外,通过调整结构温度可以对制冷功率进行调谐,在383 K下的制冷功率可达710 W/m2,实现了高性能动态调谐的辐射致冷器,可用于建筑制冷和智能窗等领域。