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太赫兹波具有低能性、高穿透性和指纹谱性等独特的物理性质,许多生物分子在该波段展示出丰富的特征吸收光谱,但是当检测亚波长尺度或低浓度的物质时,太赫兹波不能和样品充分作用,导致传统太赫兹检测技术在实际应用中受到诸多限制。超材料作为一种人工设计的非天然材料,可以在亚波长尺度上对入射太赫兹波呈现出局域增强作用,并且超材料对于周围环境的介电常数变化极其敏感,能够有效增加传感灵敏度。因此,基于超材料的太赫兹传感器应运而生,它不仅可以突破分辨率极限,还能够实现无标记快速微量检测。然而,由金属组成的超材料存在损耗较高、局域性较差且不具备可调谐特性等缺点,基于此,本文利用石墨烯超材料替代传统的金属超材料,设计并研究了透射型和反射型两类太赫兹传感器,旨在提高其传感灵敏度并实现多频段物质检测。本文的主要研究成果如下:一、基于石墨烯等离子体诱导透明的透射型太赫兹超材料传感器。1.提出了一种基于极化不敏感单窗口等离子体诱导透明（Plasmon-Induced Transparency,PIT）的透射型太赫兹石墨烯超材料传感器。其图案层由中间十字形和四周的石墨烯条带组成,整个结构具有高度的中心对称性,因此当电场分别沿x和y极化方向时,均能观察到一致的单窗口PIT现象,展现了良好的极化不敏感特性。此外,通过改变石墨烯的费米能级,可以同时调节透明窗口的幅度与谐振频率。结果表明该传感器的最大归一化灵敏度、品质因子Q值（Quality Factor）和FOM（Figure Of Merit）值分别可达0.44/RIU（Refractive Index Unit）、34.67和17.28/RIU。2.提出了一种基于极化敏感双窗口PIT的透射型太赫兹石墨烯超材料传感器,其石墨烯图案层由简单的连续“王”字形组成。当电场沿x极化方向时,三个明模谐振器通过明明模耦合产生了相消干涉现象,在0.75～2 THz内可以观察到两个透明窗口,而极化角超过50°后光谱幅度会发生明显变化。同样,当费米能级改变时,该传感器展现出良好的可调谐与调幅特性。此外,传感器中间加入的介质柱增大了其与分析物的接触范围,与设计的第一个单窗口PIT传感器相比,其最大归一化灵敏度提升了39.77%。二、基于石墨烯窄带吸收器的反射型太赫兹超材料传感器。1.提出了一种基于连续介质层的反射型双频带太赫兹石墨烯超材料传感器,其单元结构从上至下依次为:图案化石墨烯-连续介质层-金属底板。该传感器在3～9THz内能够产生两个超窄带完美吸收峰,且结构具备良好的各向同性,在横磁（Transverse Magnetic,TM）和横电（Transverse Electric,TE）模式下均能保持出色的极化角与宽入射角不敏感特性。此外,通过改变石墨烯费米能级,传感器的谐振频率能在较大范围内变化,因此可实现不同频段的物质检测。结果表明该传感器的最大归一化灵敏度、Q值和FOM值分别为0.287/RIU、216.29和76.89/RIU。2.提出了一种基于连续介质槽的反射型五频带太赫兹石墨烯超材料传感器,其单元结构从上至下依次为:图案化石墨烯-连续介质槽-连续介质层-金属底板。该传感器可在2～10 THz内产生五个超窄带吸收峰,同时,中心对称的结构使得传感器在TM和TE模式下均能保持极化角与宽入射角不敏感特性,并且通过改变石墨烯费米能级可以有效调节传感器吸收峰的谐振频率。由于连续介质槽的加入,极大地增加了传感器与分析物的接触范围,结果表明该传感器的最大归一化灵敏度、Q值和FOM值分别可达0.612/RIU、355.94和215.25/RIU,与设计的第一个双频带传感器相比,其最大归一化灵敏度、Q值和FOM值分别提升了113.24%、64.57%和179.95%。