人工电磁超材料因其在操纵电磁波方面展现不同寻常的电磁性质,引起了物理、材料、通信等诸多领域的广泛关注。作为人工电磁超材料中重要的一类,折射率为零的超材料(简称零折射率超材料),因其独有的电磁特性也引起了学者们的注意。特别是近年来将零折射率超材料运用到波导当中对电磁波传输特性进行操纵已经成为一个有意义和重要潜在应用的基础研究课题。本论文主要研究了将零折射率材料引入到金属波导中,通过改变几何结构、引入介质缺陷共振等多种手段来实现电磁波的异常传输特性。主要具体内容或结构如下:一、基于Fabry-Pérot共振和零折射率超材料在亚波长狭缝的波导中实现全部透射在这部分研究中,我们在亚波长狭缝波导中引入介质,而在介质的两端添加零折射率材料,从理论上研究了波导中电磁波的传输现象。通过改变介质的介电常数,当Fabry-Pérot(FP)共振条件满足时,电磁波的全部透射可以实现。这里我们考虑了双零(介电常数和磁导率都接近零)和单零(介电常数接近零)两种情况,并对比了两种情况的差异。此外我们还讨论了零折射率超材料的吸收对传输特性的影响。二、在具有零折射率材料的波导中嵌入多个缺陷来实现类似电磁诱导透明在这部分研究中,在具有零折射率材料的波导中嵌入多个介质缺陷,理论研究了电磁波穿过该系统的电磁特性,结果表明:当多个缺陷在几何尺寸上有细微差距时,由于缺陷的共振和缺陷间的耦合作用,透射特性具有类似电磁诱导透明的现象。同时我们还提出了一个有效的方法来克服当零折射率材料的吸收很大时对透射效果所带来的威胁,即:在介质缺陷中引入光学增益。结果表明:介质缺陷中的增益可以有效地补偿零折射率超材料的吸收,从而大大地提升了电磁波的传输特性。三、在具有零折射率材料的波导中嵌入增益介质缺陷和吸收介质缺陷实现电磁波的单向传输现象在第二部分研究的基础上,我们考虑了在零折射率超材料中引入增益介质缺陷和吸收介质缺陷,从而构建一个Parity-time(宇称-时间)对称系统。理论研究发现:在这样的系统中也可以观察到类似电磁诱导透明。另外,如果一块介质板隔开吸收和增益缺陷,在这样的宇称-时间对称系统中,通过改变中间介质的介电常数的实部,我们发现了两个特殊点,在这两个特殊点上,电磁波可以实现非互异传输。