超材料是一类由亚波长结构周期性排列的人工复合电磁材料,由于其具有负折射率的特性,可以实现完美透镜成像及隐身衣等自然界材料无法实现的功能,因而受到许多研究人员的广泛关注。谐振是超材料的一个基本特性,可由谐振品质因子(Q)来评价。由于超材料中存在的金属材料损耗和谐振辐射损耗,导致超材料的谐振Q值不高,限制了其在窄带滤波器、高灵敏度传感检测中的应用。本文将平板波导光栅中的导模谐振引入到超材料中,设计制备了几种不同结构的平面超材料,主要研究了其导模谐振特性及谐振Q值的调控。论文主要研究工作包括:(1)在金属单闭环的基础上设计了一种由双金属闭环谐振单元组成的平面超材料。通过改变两个谐振环的相对大小,以调节超材料衍射光栅的强度,从而实现光栅衍射激发并与平板波导模耦合的导模谐振特性的调控。电磁仿真软件计算结果表明,两个金属环的尺寸越接近,其导模谐振Q值越高,且可达10~3以上,当两个谐振环尺寸相同时导模消失。研究了调控中出现的类电磁诱导透明(EIT)现象,讨论分析了导模谐振超材料在角度测量中的应用。利用激光直写及化学镀铜方法制备了设计的器件,并用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统对加工的器件进行测量,实验结果与数值计算结果基本一致。(2)设计并制备了由4个金属谐振闭环组成的平面超材料,该器件不仅可通过改变谐振环尺寸灵活实现导模谐振Q值调控,而且其导模对入射电磁波偏振不敏感。仿真及理论推导表明入射电磁波通过±450两个超材料斜光栅衍射同时激发了TE导模和TM导模,导致了导模的偏振不敏感性。器件测试与仿真计算结果基本相符。(3)设计了由两个金属开口环开口反向分布组成的超材料。模拟计算显示当两个环的开口位置对称分布时,只激发一个宽带(低Q)TE导模。当两个金属环的开口移动时,可以激发另一个TM导模,其Q值可以方便的由开口位置调节,数值计算了两个开口环开口的移动对导模谐振特性的影响,结果为两个开口环平移量越小,Q值越高,谐振峰幅值越小。器件测试和仿真计算结果相符。论文研究结果表明通过将平板波导模谐振和超材料相结合,不仅可实现对导模谐振特性的灵活操控,并大大提高其谐振Q值,而且器件的结构简单,易于加工测试。这将有力促进该类超材料在滤波器、高灵敏度无标记传感检测中的应用。