小颗粒的电磁波散射是经典电动力学中的一个基础问题,并且首先由Mie和Rayleigh进行定量研究。近期,超材料的引入带来了许多有趣的散射现象,例如:超散射,隐形以及异常散射。零折射率材料(Zero-index media,ZIM)是一种介电常数和(或)磁导率趋近于零的一种特殊的电磁介质,可以分类为介电常数趋于零ε→0(Epsilon-near-zero,ENZ),磁导率趋于零μ→0(Mu-near-zero,MNZ)以及介电常数和磁导率同时趋于零 ε,μ→0(Epsilon-and-mu-near-zero,EMNZ)。基于这种 ZIM,许多应用被广泛研究和提出,比如:定向发射以及波前裁切,挤压以及电磁波隧穿通过狭窄波导,亚波长能流控制,新颖的缺陷功能,包含掺杂,散射抑制以及渗滤。本文对零折射率介质构成的亚波长颗粒的散射现象进行了研究。首先,我们对三维(3D)和二维(2D)的ENZ散射体进行研究。两个例子都揭示了一种特殊的散射现象:散射体垂直于入射方向的两侧出现了近场“阴影”,同时,电磁波能量被吸收到散射体内部。接下来,我们对这种特殊而且异常的行为进行了研究。最后,利用这种影响设计了相关应用。本文的主要安排如下:第一章,本课题研究背景及进展。简单介绍了零折射率材料的分类、基本性质及应用、不同的实现方法等。第二章,电磁波的圆柱散射理论。从柱面波函数出发,分别对正向入射极化平面波(TE)的介质圆柱散射以及正向入射极化平面波(TM)的介质圆柱散射进行了详细的推导。第三章,零折射率材料的异常散射现象:侧向散射阴影。首先,揭示了 ENZ散射体特殊的散射现象,通过分析Mie散射理论以及数值模拟对这种非同寻常的行为进行了说明,进一步地,这种特殊的效应在各向同性以及各向异性的ENZ颗粒中依旧存在,无论形状以及是否存在损耗。第四章,零折射率材料的侧向散射阴影的应用。借助这种特殊的效果,构造了许多有趣的应用,包括“阻断”表面等离激元以及深亚波长尺度下电磁能量的引导。同时,ZIM这种特殊的散射物理现象也许可以应用在纳米光子学中,比如:控制集成纳米光子电路中的开/关状态。