中波红外（Mid-Wave Infrared,MWIR）就是指在电磁光谱中波长位于3～5?m的红外波,由于其在通信、高温远距探测、气体检测等领域的突出作用,一直是一个重要的光学窗口。然而MWIR光学基础设施落后,光学元件效率低、价格贵、甚至不存在。针对这一背景,本文基于石墨烯,提出了两种MWIR范围下高效的光学调制器件:振幅调制器和带通滤波器,在不同的石墨烯费米能级下,它们可以分别实现连续的幅值和共振波长调制作用。本文的主要研究内容如下:首先,设计了一种由石墨烯和亚波长金属孔阵列组成的MWIR范围振幅调制器。所设计的金属结构为周期性矩形孔阵列,它可用于产生超强光透射现象。这种现象来源于金属表面等离子体激元与局域共振的共同作用,石墨烯薄片在不同费米能级下可以对该透射产生不同程度的抑制效果。并且本文的设计可以在不影响透射的情况下提升石墨烯的作用,通过优化结构参数在3.5?m处形成了一个谐振透射峰,从仿真结果上分析发现该调制器可以实现连续的幅值调制,调制效率达到69.1%,达到石墨烯幅值调制的较高水平。然后,设计了一种由石墨烯和金属光栅组成的MWIR范围可调制带通滤波器。通过设计金属光栅激发石墨烯的表面等离子体激元,它可以有效吸收入射波并重新辐射,在共振波长处表现出明显的透射增强作用。并且进一步设计了一种适用于MWIR的斜壁光栅,当石墨烯的费米能级为0.8 e V时,可以在3.5?m附近产生共振透射峰,其半高全宽为352nm,具有良好的带通滤波性。通过改变石墨烯的费米能级,该设计可以实现对整个MWIR范围共振波长的连续高效调制。在本文最后,设计了振幅调制结构与可调制带通滤波结构集成的结构,对于不同的偏振光,该系统可以实现在同一个结构下,拥有两种功能,很好地提升了空间和材料利用率。