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新型人工电磁材料（metamaterial）是由人工设计的亚波长周期结构组成，能够呈现出许多新颖的物理特性，这些性质在常规的自然材料中几乎是不存在的。近年来，基于新型人工电磁材料实现对电磁波偏振控制的研究得到了广泛的关注。利用新型人工电磁材料的手性和各向异性可以实现正交偏振转换功能，这对偏振控制器件的集成化发展具有重要的意义。另一方面，新型人工电磁材料的结构设计为其特性的可调谐研究提供了相当大的灵活性，令其在光开关、调制器、滤波器等领域具有重要的应用价值。本文主要的内容是针对新型人工电磁材料的正交偏振转换特性和可调谐特性进行了相关的理论研究与实验工作，设计了几种不同类型的新型人工电磁材料结构，利用全波电磁仿真系统地分析了这些结构的电磁特性和物理机制，主要工作如下： (1)设计了一种方形对角线的开口环结构。仿真结果表明此结构对x偏振波和y偏振波都能实现正交偏振转换功能，且对反射波和透射波同时有效。这种单层的偏振转换控制器件具有超宽带、结构简单和低制造成本等优点。 (2)设计了双层非对称分裂环孔型的手性结构，系统地分析了其正交偏振转换特性和非对称传输现象，理论仿真与实验结果吻合较好。结果表明这种新型人工电磁材料的正交偏振转换系数超过了90％，非对称传输的相对带宽大于50％。进一步研究了结构的非对称度和层间耦合效应对正交偏振转换特性的影响，合理的结构参数选择能够实现良好的非对称传输特性。 (3)基于正交偏振转换原理设计了一种太赫兹波段的可调谐光控开关，仿真结果表明有效的控制外部泵浦光强度能够实现正交偏振转换特性的开关效应，且透射峰I和II之间的谐振频率可调谐度大约为11％。利用谐振处表面电流的分布解释了光控开关的谐振模式效应。研究了层间耦合效应对光控开关特性的影响，适当的介质层厚度能够实现最佳的开关效果。 (4)利用二氧化钒相变原理设计了一种太赫兹温控开关器件，仿真结果显示这种温控开关结构能够实现51.5％的正交偏振转换率，且调制深度可达到96.2％。分析了结构的几何参数对温控开关特性的调控作用，合理的参数匹配能够获得良好的开关效果。