超材料是指一些依靠人工设计的周期性或非周期性排列的亚波长结构单元以实现自然材料所不具备的电磁特性的结构。超材料的奇异特性主要通过其对入射电磁波的共振响应显现出来,因此,高Q值(光谱的中心波长/半高全宽)的共振是设计超材料所追求的重要指标之一。超材料响应的Q值与损耗有关,降低损耗是获得高Q值共振的关键。本文对如何通过降低辐射损耗来提高超材料Q值进行了研究,设计、加工了几种高Q值的太赫兹超材料,并系统地分析了这些高Q值共振产生的物理机制。本文的主要研究内容和创新点可以归纳如下:1.对反射型的高Q值电磁诱导透明超材料进行了研究。利用CST软件仿真了超材料模型;利用近场耦合效应分析了降低超材料辐射损耗和产生电磁诱导透明的原因;利用多光束干涉理论对反射相干增强光谱进行了计算。设计、加工了一个反射型的电磁诱导透明超材料样品,在0.865THz附近实现了高Q(≈43)值的反射电磁诱导透明输出。该实验结果与仿真和理论计算结果一致。2.对太赫兹波段环形偶极子超材料进行了研究。设计、加工了一个双层结构的超材料并在0.42THz附近获得了Q≈28的Fano共振输出。分析表明,这一高Q值共振来自于同层结构的近场耦合相干增强效应和层间混合模效应的共同作用。通过磁场分布图和多偶极子散射计算验证了该高Q值共振是一个环形偶极子共振。讨论了影响环形偶极子共振输出稳定性的因素,确定了金属结构表面上的15微米厚的聚酰亚胺涂覆层是使得环形偶极子具有稳定共振响应的原因。3.进行了多波长高Q值太赫兹超材料的研究。设计了一个由两种不同尺寸的非对称开口谐振环组成的超材料,该超材料在0.268,0.418,和0.560THz处有三个Fano共振,Q值依次为33,42和25。利用非对称开口谐振环的Fano效应、近场耦合效应和混合模理论分析了这三个高Q值Fano共振产生的原因。在此基础上,讨论了通过调节非对称开口谐振环的尺寸,在超材料中实现超高Q值共振或方便地控制共振能级之间能量跃迁的可能。4.进行了基于超材料的双波长高Q值太赫兹传感器的研究。设计了一个能够同时实现高Q Fano共振和四偶极子共振响应的THz超材料,两个共振的Q值分别为57和38。通过比较相似结构和表面电流分布分析了这两个共振产生的原因,并利用这两个共振响应进行了电介质材料的厚度传感和折射率传感模拟,两个共振探针的折射率灵敏度分别达到了2.06×104nm/RIU和5.07×10~3nm/RIU。