超构材料（Metamaterials）是具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合微结构材料,在过去的几十年中,如何构建这类材料,从而实现新颖的光、声、热及力学性质,是物理学、工程学、材料科学,生命科学乃至环境科学等领域研究者共同关注的热点。近年来,作为超构材料的二维等效物,超表面（Metasurface）被广泛地用于经典波（包括电磁波和机械波等）的激发和传播的控制,即通过精巧地设计亚波长结构单元的几何特性及其相应的阵列结构,“随心所欲”地实现经典波的激发、传输及耦合特性。另一方面,石墨烯是由单层碳原子组成的二维材料,由于其卓越的光学和电学特性以及其独特的机械柔韧性,已成为光电子设备最具前途的备选材料之一。事实上,已经有大量的研究工作表明,将石墨烯和超表面的概念相结合,可以实现异乎寻常的电磁性能的调控,人们已经据此设计并制备了包括柔性光电超颖器件、宽带超快光电调制器等在内的众多基于石墨烯超构材料的器件。然而,如何最大限度的实现石墨烯超构材料中的光物质相互作用,从而提升这类材料的光电性能,一直是这个领域中备受关注的课题之一。本论文是将石墨烯表面等离激元共振的概念和超构材料的思想相结合,基于耦合模理论结合数值计算分析,利用反厄米耦合效应提出了具有超宽带高效光-石墨烯相互作用的人工微结构材料的设计思路,为实现基于二维材料的宽带光电器件提供了一种有效的方法。论文的主要研究内容分为以下三个部分:1.在太赫兹波段,对单一尺寸石墨烯纳米圆盘系统的等离激元共振效应及其调控进行了系统研究,通过将石墨烯共振与设计的光学F-P腔相结合,可实现吸收率为近100%的石墨烯圆盘全吸收。由此可知,将石墨烯与光子或等离子体谐振器集成在一起可以显著增强光-石墨烯的相互作用,然而这种增强效应往往只能在特定的谐振频率下发生,导致窄带光学响应。为了增加这种全吸收效应的带宽,我们在本部分对将要运用的几种耦合模理论进行了简要的介绍。2.构建了单元结构内包含两种相近尺寸的石墨烯圆盘的双盘结构,利用反厄米耦合及耦合模理论对该系统的光散射性质及光场局域特性进行了理论分析;研究了两种尺寸的石墨烯圆盘在两种不同的几何构型（异侧分布和同侧分布）下耦合效应及其对几何参数的依赖关系;通过参数的优化,抑制了由于石墨烯圆盘之间的耦合所带来的模式劈裂效应,实现了两共振峰近似“脱耦”的叠加,从理论上拓展了整个系统的吸收带宽,且吸收率在90%以上的吸收带宽增宽至0.2THz。3.为了进一步拓宽石墨烯圆盘阵列的高吸收带宽,我们在双盘结构的基础上提出三盘,甚至四盘系统,实现更宽带宽的高吸收带。相较于双盘系统,三盘系统高于90%吸收率的带宽为0.4THz,四盘系统带宽则为0.6THz。然而,由于FP腔的限制,事实上随着单元内不同尺寸圆盘数的增加,两侧的共振峰由于远离F-P腔共振,因而会快速衰减,从而导致吸收带并不能无限拓宽。针对这一问题,我们创新地提出了多层结构的设计,以四盘系统为例,双层结构的设计将相同标准下的高吸收（高于90%）的带宽拓展至0.65THz,并且该设计对光的入射角度不敏感。事实上,这种多层结构的设计在理论上可以大幅拓展系统的吸收带宽,并且在很大程度上也缩小了吸收器的横向尺度。我们所提出的宽带吸收器的设计方法,不仅适用于石墨烯超构材料体系,同样也为增强其他金属或二维材料与电磁波的宽带光物质相互作用提供了有效的途径。