超材料是一种新型人工复合材料,通过合理的设计,可以实现各种奇异的电磁特性。近年来,随着太赫兹(Terahertz,THz)技术以及微结构加工技术的发展,THz超材料的研究已经突破了技术上的瓶颈。制备基于超材料的THz功能器件,如THz传感器、THz滤波器、THz调制器等,对THz光谱技术、THz成像系统以及THz传感等领域具有重要意义。文中,设计了多种基于柔性或超薄衬底的超材料结构,利用三维全波仿真软件CST Microwave Studio和THz时域光谱系统(THz-TDS)对其传输特性和极化特性进行详细分析与测量,结果表明这些THz超材料结构可应用作THz段的偏振器、滤波器和传感器等。本文主要研究工作分为三个部分:(1)利用U型谐振环结构,设计出了基于两个背靠背放置的U型谐振环阵列(TUR)和基于四个垂直放置的U型谐振环阵列(FUR)。其中,TUR对TM和TE波不同的电磁响应,可以应用于可调的调制器。FUR由于其极化无关的双模特性,可以应用于极化无关的双通道滤波器。另外,所设计结构是在超薄的柔性材料上,拓宽了其在THz领域的应用。(2)设计出了一种基于非对称的H型谐振环阵列(AHR),可以实现等离子诱导透明(PIT)效应。文中详细分析了其透射谱的极化特性,通过极化角的改变,可以实现从“开”状态(PIT模式)到“关”(偶极子模式)状态之间的转换。基于以上特性,该结构可以应用于THz单/双通道滤波,或者THz开关器件。另外,由于其独特的PIT,亦可被用作THz慢光器件。(3)设计了基于带有纹理的金属圆盘结构,分析了其伪表面局域等离子体效应。与正入射相比,侧入射激励方式可以产生高阶的多极子现象。另外,我们还提出了在金属圆盘结构中引入缺陷,其在正入射时同样可以产生高阶的多极子现象,而且特征峰处的品质因数更高。基于其高的品质因数、高阶多极子以及局域场增强等效应,该缺陷金属圆盘结构可以应用于THz传感。综上说述,本文研究了多种THz超材料功能器件,它们可以应用于调制、滤波、以及传感等领域,对THz领域的发展具有重要意义。