超表面具有低剖面、低损耗等优点,且由于制备简单、加工方便,在新型天线、滤波器、通信、透镜等领域具有应用价值,自提出后就成为科学界的一大研究热点。石墨烯是一种新型的纳米材料,具有超强的导电、导热性能和超高的比表面积,电导率具有可调性,在设计可调谐器件方面具有潜在的应用价值。本文将石墨烯和超表面相结合,设计实现了三种不同功能的石墨烯超表面器件,分别是交叉极化转换器、吸收器和分子谱传感器,通过专业的三维电磁场仿真软件CST微波工作室进行仿真,得到结果如下:(1)交叉极化转换器交叉极化转换器是由石墨烯椭圆穿孔的周期性超表面附着在介质层和金属板上,该转换器在石墨烯化学势为1eV时,在45.49THz处转换效率达到了 96.8%。因此,对于此结构,入射的极化电磁波在反射后几乎完全被旋转到其正交方向上。通过改变石墨烯化学势的大小可以实现转换器工作频率和转换率的调节,并详细讨论了不同的结构参数对转换器的调谐效果,发现不同的结构参数下转换效率和工作频率均会发生相应的改变。这说明器件具有灵活的可调谐性质。(2)吸收器吸收器是由石墨烯超表面层、介质和金属衬底构成,仿真结果显示吸收器在3.92THz处吸收率为99.68%,接近100%,达到完美吸收的效果。此外还具有极化不敏感和宽入射角的特性。更重要的是,可以通过调节石墨烯费米能级而不改变纳米结构来动态控制吸收频率,这在隐身技术等诸多领域中有巨大的潜在应用价值。(3)分子谱传感器分子谱传感器由石墨烯椭圆贴片和介质层构成,通过仿真实验验证了所设计的传感器具有灵活可调性:改变石墨烯化学势大小而不改变结构可有效调节传感器的谐振频率;改变结构的物理参数和基底的相对介电常数均可实现对传感器谐振峰的调谐。以乙醇、乙酸酐、甲醇和苯作为待测分子加入到待测区域,传感器可以对这四种物质有效检测识别,验证了所设计传感器的正确性和可靠性。通过对不同厚度的待检测样本进行仿真实验,发现透射谱对检测样本的厚度不敏感,说明传感器具有鲁棒性。