石墨烯(Graphene)作为一种二维纳米材料,其奇特的物理特性激发了它在物理化学等多个领域的应用,石墨烯电池、石墨烯天线、石墨烯表面等离子体(Graphene Plasmatic)器件等都慢慢走入人们的视线。但受到制备及检测工艺的限制,石墨烯器件的研制和性能测量需要借助于相当复杂的纳米制造和测量实现。利用电磁仿真算法实现基于石墨烯的电磁器件的仿真与设计已成为目前亟待解决的问题之一。本文的研究分别从表征石墨烯电磁响应的等效介电常数和表面导电率出发,利用矢量拟合(vector fitting)方法得到的复共轭极点留数模型将石墨烯的电磁响应参数有效的耦合到Maxwell方程中,应用时域有限差分方法(finite-difference time-domain method, FDTD)解决了不同频段和不同环境参数下石墨烯器件的电磁仿真问题。首先,本文简要讨论了时域有限差分法,通过赋予石墨烯一定的厚度实现了复共轭极点留数模型表示石墨烯介电常数的矢量拟合方法,通过辅助微分方程法将其与FDTD仿真方法相结合,推出一种基于复共轭极点留数模型的石墨烯FDTD仿真方法。结合该方法,本文创新性的设计并仿真了太赫兹波段下的两种基于石墨烯的可调带隙光子晶体结构。仿真结果表明,石墨烯的加入拓宽了光子晶体的光子带隙,为该结构带来可调光子带隙的性质。利用解析理论验证了算法的正确性。其次,对石墨烯的等效介电常数进行拟合和仿真的方法受制于较小的空间步长剖分,将使得计算机内存需求过高、计算时间过长。为解决这一问题,本文详细讨论了三种应用于不同波段的表面电导率模型(非频变表面电导模型、Drude模型和矢量拟合模型),利用电磁场欧姆定律将石墨烯的这几种导电率模型耦合到Maxwell方程中,并通过FDTD方法获得石墨烯上的表面电流分布,进而求解石墨烯器件的电磁响应,解决了基于等效介电常数模型的石墨烯FDTD仿真方法的不足。最后,本文运用基于欧姆定律的石墨烯器件FDTD仿真方法,有效仿真了石墨烯法布里-珀罗吸波器,石墨烯光栅结构、光抽运石墨烯层等概念器件。解析理论分析和已有文献中的测量数据验证了所提出的算法的正确性。