光在人类认知这个世界过程中扮演着重要的角色,也一直是物理学中重要的研究方向。随着人类对光的本质的不断理解加深,从最初微粒说到波动说再到最终光的波粒二象性的准确描述,引发了多次光学上的重大突破。然而,构成这些光学系统的自然材料的可调控自由度有限,无法对光的振幅、相位以及偏振等诸多性质都进行精确操控,也难以满足现代化高性能、多功能以及小型化的需求。上述问题的出现,促使了人们开始尝试利用由亚波长人工设计的共振体组成的电磁超构材料来调控光。因为由人工结构组成的超构材料具有丰富的光学参数调控自由度,使得其对光的操控能力进一步提高,并且其对外响应多样化,可以产生各种自然材料中所不具备的新奇光学效应,比如负折射等。近年来,其中的一类平面薄膜堆栈超构材料由于其无需复杂光刻、结构简单且功能多样化等优点,正受到越来越多的关注。在第一章,我们将首先概述电磁超构材料的起源、发展以及与其相关的各种新奇现象,然后重点介绍平面薄膜型超构材料的基本概念、光学调控能力和一些相关应用。在第二章,我们研究了一类等离子体薄膜堆栈超构材料的相图调控。首先利用发展的单模单通道耦合模理论结合转移矩阵法,严格推导出了其中两个联系体系对外响应和结构参数的辐射品质因子Qr与吸收品质因子Qa的解析表达式。然后将其应用于等离子体双层、三层以及多层结构体系的理论设计指导,阐明了其内部共振行为的清晰物理图像,并验证了我们所提出的耦合模模型相图的准确性。紧接着,针对耦合模理论描述低品质因子（低Q）共振体系的近似不足,我们提出了应用分波矢量相图分析结合多重散射法对一些低Q体系的共振行为进行分析,并同样地展示了完整的分析相图。在第三章,我们研究了一类全介质薄膜堆栈超构材料的模型理论。针对前人提出的一类深亚波长周期性多层薄膜堆栈超构材料在全反射临界角附近入射时,其局域有效媒质理论描述就会失效的问题,我们提出了利用包含空间色散效应的非局域有效媒质理论去对这种反常的现象进行描述,给出了具体的有效介电常数表达式,并最终通过对比真实转移矩阵法计算出的结果进行验证,吻合的非常一致。进一步地,我们利用推导出的非局域有效媒质理论模型首次研究了这类体系的非局域古斯-汉欣位移效应,并推导出了局域与非局域情况下的古斯-汉欣位移表达式,指明了设计更大位移的思路和方向。在第四章,我们展示了这类平面薄膜堆栈超构材料的三个具体应用:结构色、气敏传感和热辐射。我们先讨论了简单的双层金属-深亚波长高吸收介质结构的结构色产生机制,具有宽色域、角度不敏感的特性。利用矢量相图分析对这种结构的特殊共振行为进行研究,对上述特性进行分析预测,并最终得到实验证实。然后,在此基础上增加一层吸收介质层,利用氧化铜与硫化铜在含有空气的硫化氢气体下的可逆化学反应,做了一个动态可重构的超器件,并应用于硫化氢气敏传感应用展示。最后,基于金属-缺陷介质腔层-一维光子晶体多层结构,再通过耦合模模型理论进行结构设计指导,最终在中波红外10.6μm附近做到了大面积、窄带、高定向的热辐射产生,并用于红外热成像展示。在第五章,我将对论文的工作进行总结,并对未来可能的研究方向进行展望。