除了电子的电荷和自旋两个内禀自由度之外,固体材料的能谷自由度也可以作为信息的载体,由此兴起了“谷电子学”的研究。谷电子学因具有能耗小、速度快、集成度高和信息不易丢失等优点近年来受到广泛关注。特别地,单层二维过渡金属硫化物（TMDs）具有两个不等价的能谷,谷自由度可以通过光学和电学手段进行有效调控,大大促进了谷电子学的发展。而TMDs中谷电子或谷激子的分离是实现谷电子器件的关键,目前有通过加电场的方法利用谷霍尔效应来实现谷电子的分离,然而该方法必须在低温下实现。最近的研究表明利用超表面中表面等离极化激元（SPP）的定向传播的特性,通过谷激子和SPP的耦合可以在室温下实现谷激子的分离,该方法有望使谷电子器件在实际中得到应用。但目前该方法还存在耦合效率低、分离效率不高、超表面结构复杂等问题。基于此,本论文通过有限时域差分算法（FDTD）理论仿真来简化超表面结构,优化分离效率,主要的研究内容如下:（1）对称金属光栅结构超表面对谷激子的分离。之前的报道都表明对称超表面结构不能实现谷激子的分离,本论文通过改变光源的激发位置来破坏面内对称性,在对称结构内实现了 SPP和谷激子的单向传播。进一步,本文仔细分析了光栅凹槽宽度、凹槽深度、激发光入射角度等因素对超表面中谷激子分离的影响,并进一步对这些参数进行优化以提高谷激子分离效率。（2）非对称金属光栅结构超表面对谷激子的分离。本文进一步对较为复杂的非对称结构超表面进行了模拟仿真,发现其SPP单向传播性与光源位置无关。同时也对其光栅凹槽宽度和凹槽深度等参数进行了优化。通过与对称结构对比发现,对称结构不仅结构简单,其性能也更优越。在对称结构传播3 μm后谷极化率为51%,而非对称结构为30%。对称结构中单层MoS2激子—SPP—激子耦合效率达24%,而非对称结构中为20%。更重要的是,对称结构在600-800 nm波长范围内对谷激子的分离效率都优于非对称结构,适用于不同的TMDs材料。