红外大气窗口作为电磁波频谱中的波段,在红外测温、成像、热伪装、夜视、辐射制冷等军民领域有着广泛的应用,近年来结合纳米材料、量子物理和微纳加工制造技术的发展更是使相关领域焕发出新的生机。非制冷式测辐射热计作为红外探测器的重要分支,对宽谱带、高吸收的超薄吸收器提出需求。辐射制冷作为解决能源问题的重要可行方案,在如何进行有效的动态调控等方面存在着难题。超材料的兴起及其与相变材料的结合给这些问题提供了解决思路。本文基于红外大气窗口波段,利用表面等离激元效应及相变材料,开展了对超材料吸收（辐射）器的优化设计和分析工作。首先,针对非制冷式测辐射热计的吸收器设计了两种周期性椭圆表面的Ti/Ge/Doped-Si/Ti四层结构超材料吸收器,其中单椭圆吸收器可以在8.8～12.5μm波段范围内实现90%以上的高吸收率,平均吸收率可达96.5%,在9.43μm和11.65μm处存在两个峰值吸收率分别为98.8%和98.9%的吸收峰值。四椭圆吸收器可以在红外探测工作波段8～15μm宽谱带范围全部实现80%以上的吸收率,波段平均吸收率可达89.5%。对电磁场和光热转换空间分布的进一步分析揭示了其宽谱高吸收的机理。对超材料吸收器结构参数和偏振、入射角度等的敏感性分析为设计制备提供了理论依据,最后还结合近场辐射传热的机理分析了间距对热噪声的影响。其后,结合相变材料基于辐射制冷的动态调控设计了三种超材料发射器,相变前的超材料发射器在长波红外波段具有宽谱高发射率特性,通过相变材料的相态转变可大幅调整发射器的发射率,在8～13μm辐射制冷波段两种相态的平均发射率之差最高可达51%,可以对辐射制冷、热红外伪装等起到主动调控的作用。对不同偏振、不同入射角下吸收率的分析,发现在入射角度20°以下时发射特性基本没有变化。