大带宽，高传输效率，高密度集成的光器件一直是光电集成器件研究的一个重点。传统光学器件在投影，成像，探测，医学等方面能够实现各种各样的功能，但是由于体积较大，不便于密集集成，或者受限于光学衍射极限，在某些情况下限制了用途。作为人工设计的新型结构，超表面能在亚波长尺度上控制电磁场的相位/振幅/偏振状态，不仅表现出极强的调控电磁波的能力，还具有极为紧凑的优点，在实现光学功能的同时，使高密度集成的光器件成为可能。表面等离激元(SPP)是在金属/电介质交界面处的倏逝波，能将光场束缚在亚波长范围内。超表面可以通过控制表面等离激元，极大地增强光与器件的相互作用，在片上实现许多吸引人的功能。本论文研究了基于超表面等离激元的石墨烯光调制器，实现了宽带下极大的调制深度，以及基于超表面等离激元的偏振无关波前控制器，能够偏振无关产生艾里SPP，片上聚焦和无损耗SPP。其主要研究内容如下：
　　(1)在基于超表面等离激元的石墨烯光调制器研究中，石墨烯因其高电子迁移率，较宽的工作带宽，和电导率可调性被用于制造动态光学器件，包括光电探测器和传感器等。等离超表面由金属块阵列组成，能够支持电场主分量与石墨烯平面平行的SPP，通过优化超表面的结构参数，可以增强SPP场的束缚能力，从而极大地增强电场与石墨烯的相互作用。利用石墨烯可调控的特性，通过改变其两端的电压来改变它的光学性质，从而得到高调制深度的调制器。基于时域有限差分方法的数值仿真结果表明，与以往的石墨烯调制器相比，该调制器在宽带范围内表现出明显提升的调制深度，在1550nm处达到4.66dB/μm，插入损耗为1.4dB/μm，同时较易于制备。该设计同时增强SPP场和让主要场分量在某一平面内的方法，为实现更多的纳米光子器件提供了可能性。
　　(2)在基于超表面等离激元的偏振无关波前控制器研究中，提出一种偏振无关控制SPP振幅和相位的方法。等离超表面由金属薄膜上的纳米狭缝阵列组成，通过改变狭缝的旋转角度，位置，以及狭缝对的数量，可以在偏振无关的状态下实现对SPP的振幅和相位控制，同时增强SPP的强度。为了验证该机理，通过数值仿真和实验测试实现了偏振无关艾里等离激元的产生，片上聚焦和无损耗SPP，结果表明这种基于等离超表面来实现对SPP的偏振无关波前控制的方法是十分有效的。该方案提出了新的偏振无关控制SPP的方法，可以扩宽微纳光器件在等离激元电路和表面光学操控中的应用。