超材料是一类复合材料,它是由已存在的天然物质进行合理的人工设计得到,因此超材料具备一些不同于天然材料的优异特性。基于超材料的吸收器可以通过选取材料和优化结构参数得到所需的介电常数与磁导率。当吸收器结构的介电常数与其磁导率接近时,达到结构阻抗与自由空间阻抗的匹配,即实现对电磁波的完美吸收。近年来,超材料吸收器完美吸收的特性使其在太阳能捕获、隐身和热发射等众多领域有广阔的应用前景,由此,宽波段完美吸收器成为其中一个热门的研究方向。目前,随着吸收器吸收率的提高,可能存在工作波段不宽、使用贵金属材料或设计方法单一等问题。因此,对于上述存在的问题,本文结合等效电路方法与阻抗匹配理论,设计了两种层叠结构的宽波段完美吸收器,利用时域有限差分法对吸收器的性能、结构参数以及内在吸收机理进行分析。论文主要研究工作如下:提出一种基于等效电路的层叠结构完美吸收器。首先,基于偶极子等效电路方法分析了单层模型的吸收机制,为了进一步拓宽吸收波段,将多个共振吸收峰叠加形成了层叠结构的宽带完美吸收器。数值分析表明,在正常入射下,该吸收器在300～3000nm具有超过96%的平均吸收率,波长覆盖紫外到中红外区域;在±70°的广角下,平均吸收水平仍超过91%,并且具有偏振无关性。通过计算和分析吸收器的电磁能量分布,发现其优异的吸收性能由慢波效应、局域表面等离子体和传播表面等离子体共振协同激发。另外,由于铁易发生氧化,本文对结构中的金属材料进行改进,采用金属铬代替部分铁层。改进前后的吸收器均能达到结构阻抗与自由空间阻抗的匹配,实现宽波段完美吸收。为了降低结构加工的复杂度和进一步提高吸收性能,在上述层叠结构的基础上,结合阻抗匹配理论设计了一种简单层叠结构的超材料完美吸收器。该吸收器由两层不同尺寸的金属-半导体薄膜-半导体对组成,易于激发多种谐振模式,实现超宽带完美吸收。采用时域有限差分法研究和分析吸收器的主要参数、电磁场能量分布,以及偏振角和入射角对吸收性能的影响。结果表明:该吸收器在可见光-中红外范围的平均吸收率高于97%且在60°的宽入射角下仍高于90%;此外,该吸收器具有任意偏振独立性;宽波段完美吸收的特性由间隙表面等离激元、传导表面等离激元和法布里-珀罗谐振等多种模式共同作用实现。因此,所设计的吸收器具有高吸收、工作波段宽、易于加工等优点。本文设计的两种层叠结构的完美吸收器在宽波段内具有良好的吸收性能,同时非贵金属材料的选取节约了生产成本,这为吸收器的大规模制造和应用提供了可能。此外,本文结合等效偶极子电路理论和阻抗匹配理论进行辅助设计,这为进一步研究完美吸收器提供了方法指导。所提出的超宽带、强吸收、偏振独立吸收器为太阳能收集、磁记录等领域的应用提供了参考。