左手材料是指介电常数和磁导率同时为负值的电磁超材料,具有一些独一无二的电磁性质。这些特性使左手材料在“完美透镜”和“隐身斗篷”上具有不可估量的应用价值。过去十年,大量左手材料的工作频率都是在微波波段。最近,研究者正在把工作频率向太赫兹波段和光波段推进。在太赫兹和光波段构造低损耗、宽频段、高维度、易加工的左手材料,提高左手材料的性能,一直是这个领域的一个研究重点。本论文正是基于这个研究重点,致力于寻求性能良好的太赫兹左手材料,提出了一系列的多通带左手材料的设计方案。文中采用数值模拟的方法,研究左手材料的电磁响应特性,并且通过研究左手材料的内部机理,来探索实现性能良好的左手材料的可行性。主要研究内容如下：(1)基于渔网结构,构造一种太赫兹双通带左手材料。渔网结构由于具有制造简单和实验操作容易的优点,目前被认为是最好的适用于较高频段左手材料的结构。我们组合两种不同尺寸的渔网单元构造双渔网结构左手材料,采用散射参数反演法计算了超材料的等效介质参数,发现了两个左手通频带。接着,利用等效LC电路理论计算谐振频率,从理论上分析了其双通带左手特性的产生机制。最后,还详细讨论了该电磁超材料的损耗,通过材料和结构优化,获得低损耗的双通带左手材料。(2)基于工形的分形结构,提出了一种太赫兹波段的多通带左手材料。该超材料利用分形结构自身的自相似性,在入射太赫兹波作用下一个结构单元内发生多个局域共振,进而实现多个左手通带。我们讨论了垂直入射的电磁波在两种极化的情况下超材料的多通带左手特性,并且详细分析了多通带左手特性的产生机制。最后,结合实际应用对超材料的损耗进行讨论,计算出多个负折射通带内的品质因数。(3)设计了一种具有不对称十字架形状的平面电磁超材料。该超材料在垂直和平行于样品表面入射的太赫兹波作用下均可产生多通带左手特性。该设计的创新之处在于：仅仅含有单一的几何结构的周期单元来实现多个电磁共振,而不是用包含多个不同尺寸几何结构的周期单元来实现多个电磁共振,这种结构的简化大大降低了加工制作的难度。这种新颖的不对称十字形结构有望在实现紧凑和宽带光学器件方面获得应用。本论文对两种入射方式下超材料的电磁响应特性和多通带左手特性进行细致的分析和验证。根据等效LC电路理论,推导出磁响应和电响应共振频率与结构参数的依赖关系,从理论上对该超材料多通带左手特性的产生机制进行了分析。(4)研究设计了一种太赫兹波段三维多通带左手材料。该材料是基于对称的十字架形状的“金属-介质-金属”三明治层状结构,由于结构的对称性,降低了超材料对入射电磁波极化方向的依赖度。同时,在加工制作时,通过层层叠加即可得到三维结构,降低了高维左手材料的加工难度。详细分析、讨论了三维电磁超材料在电磁波垂直入射下的电磁响应特性,以及多通带左手特性产生机制。