鉴于红外线在电磁波谱中的特殊位置,红外探测一直是红外技术领域的重要研究方向,其在夜视成像、无损检测、疾病诊断、军事侦察和工业流程监控等等方面具有广阔的应用前景。红外探测技术的发展依赖于关键探测材料的创新发展。石墨烯是近年来涌现出来的新兴材料,其独特的狄拉克能带结构赋予了石墨烯高电子迁移率、宽光谱响应和静电掺杂调谐等特殊的光电性质,为研制高性能红外探测器件提供了研究空间。针对石墨烯超薄材料的弱吸收以及光电探测性能局限问题,本论文对石墨烯的红外增强吸收和红外探测响应特性开展了深入研究,建立了石墨烯的红外光学仿真模型,设计并制备了石墨烯Salisbury屏和石墨烯-硅异质结原型器件,实验实现了单层石墨稀40%的红外吸收效率以及石墨烯本身作为探测材料在1550 nm波长处的红外探测响应。研究结果有助于理解石墨烯的红外响应基础特性,对于发展基于石墨烯的红外探测器件具有研究价值。论文的主要研究成果包括:1、建立了石墨烯多层膜传输矩阵模型,理论预测了单层石墨烯100%的红外全吸收性质。受限于石墨烯超薄的单原子层厚度,石墨烯本身仅仅具有2.3%的光吸收率,该微弱吸收限制了石墨烯光电器件的效率和性能。本论文基于石墨烯二维电导率的描述方法,建立了多层膜石墨烯的传输矩阵理论模型,提出了平面薄膜结构的石墨烯吸收共振增强方法。理论结果表明在单层石墨烯的Salisbury屏中,石墨烯在正入射时的吸收从2.3%提高到了10%,而在TE偏振及接近掠入射条件下,石墨烯多层膜的有效阻抗与真空匹配,可达100%全吸收;在多层石墨烯结构中,其红外吸收与石墨烯层数成正比,在所有入射角范围内,都具有80%以上的吸收效果。该理论模型和仿真结果揭示了石墨烯在红外波段的全吸收特性,为论文的实验验证奠定了理论基础。2、设计并制备了石墨烯Salisbury屏结构,实验实现了单层石墨烯40%的红外吸收。基于石墨烯多层膜传输矩阵模型和薄膜沉积技术,论文设计并制备了单层石墨烯Salisbury屏,其结构由300 nm铜（Cu）/2μm二氧化硅（SiO₂）/石墨烯三层膜组成,红外光谱测试表明该单层石墨烯Salisbury屏在1.8μm波长处具有9%的吸收率,在TE偏振和近掠入射条件下具有40%的吸收。进一步的石墨烯材料测试和理论分析表明,实验化学气相沉积制备的石墨烯具有约900 cm²V^-1s^-1的电子迁移率,比理论理想数值小1个量级以上,该较小的电子迁移率导致实验测试的40%吸收未达到理论预测的吸收条件。论文实现的石墨烯Salisbury屏结构克服了石墨烯固有的弱吸收性能瓶颈,将石墨烯2.3%的本征吸收提高了17倍,表明石墨烯的光电转换效率有大幅上升的空间。3、研制了石墨烯-硅异质结,实验观测了石墨烯本身的红外探测响应。石墨烯被广泛报道在光电导和光伏型探测结构中具有良好光电响应特性,然而其主要探测响应来源于与石墨烯复合的其他敏感材料,而非石墨烯本身。本论文探究了异质结中石墨烯本身的红外探测响应特性,实验制备了石墨烯-硅异质结,测试结果表明该异质结在980 nm处具有硅的光伏响应,而在1550 nm处具有石墨烯本身的探测响应,其探测率为1.3×10⁸ cmHz^1/2W^-1。进一步结合能带的探测机理分析表明,该石墨烯的探测响应是由石墨烯中电子在声子或者缺陷的作用下的间接跃迁导致,而不是常规的电子带间跃迁过程。本工作的研究结果揭示了石墨烯本身的探测响应机理和红外探测潜力。