石墨烯是第一种真正意义上的二维材料,它具有线性色散关系,载流子为无质量的狄拉克费米子,为研究低维体系提供了良好的平台。表面等离激元是金属中常见的元激发,它束缚于金属表面并造成强烈的场增强,在表面增强拉曼散射等领域有重要作用。两者的结合,即石墨烯等离激元,弥补了金属等离激元在中红外到太赫兹波段耗散严重束缚弱等缺点,又具有费米面连续可调性,是当前凝聚态的研究热点。石墨烯是单原子层材料,它的等离激元性质容易受到周围介电环境的影响,因此如何通过改变介电环境对石墨烯等离激元性质进行调控是重要的研究方向。另外,由于等离激元的产生,厚金属孔洞中存在透射增强而薄金属孔洞中因为上下表面耦合存在透射抑制,那么对于石墨烯这种单原子层材料做成的孔洞结构,在等离激元产生时它会表现出怎样的透射行为?等离激元的能量在这种结构中会如何转化?本文用商业软件COMSOL进行数值模拟,研究了介电环境对石墨烯等离激元的影响以及石墨烯孔洞结构中等离激元的能量转化方式,内容分为以下三个部分:第一章,我们介绍了石墨烯的晶格结构、能带结构以及光学性质。然后介绍了金属等离激元中的表面等离极化激元和局域表面等离激元。最后讨论了石墨烯等离激元的色散关系、远场激发和近场激发。第二章,我们通过数值模拟研究了石墨烯条带边缘介电环境对等离激元的影响并将石墨烯处理成面电流。我们发现,相比放在平整硅基底上的石墨烯条带,放在周期性刻蚀的硅基底凹槽内的石墨烯条带等离激元色散曲线明显下移,类似于增加了基底的介电常数。与之相反,将石墨烯条带放在周期性刻蚀的硅基底突出的平台上则会导致色散曲线上移。这说明,增加石墨烯条带边缘硅基底的体积比会使色散曲线下移。进一步,将硅基底换成二氧化硅基底,我们发现增加石墨烯条带边缘二氧化硅基底的体积比不仅会使色散曲线下移,还会增强石墨烯等离激元和基底声子的耦合以及提升色散曲线较低频段两个分支的最大光吸收率。第三章,我们对真空中石墨烯孔洞进行了模拟,透射谱中看到明显的透射谷,和薄金属孔洞的透射谱相似,但由于石墨烯本身的透射率接近于1,这并不能直接说明石墨烯孔洞中是衰减的短程等离激元。石墨烯孔洞的反射谱表明,当产生等离激元时,石墨烯孔洞的反射显著增强,这可能是因为等离激元再次转化为光,但也可能是因为光和等离激元相互作用。为了进一步的研究,我们用电子束曝光和反应离子束刻蚀等方法制备了石墨烯孔洞样品。