在经典的电动力学理论中，为了描述局部空间范围内的电荷-电流体系在远区激发的电磁场，引入了电多极子和磁多极子两大多极子体系。然而根据时空反演对称性质，还应存在着环形多极子体系。其中的环偶极子广泛存在于血细胞、多铁性物质以及DNA等物质中，但由于其电磁响应强度远低于电偶极子与磁偶极子，所以一直被忽略。最近，电磁超材料的蓬勃发展为实现环偶极子响应的显著激发提供了实现手段，这也成为了近些年来的研究热点。本文利用多极展开理论，研究了基于介质、金属超材料有效激发磁环偶极子和电环偶极子的方法，分析了这些多极子与其他多极子之间的相互作用，并进行实验验证。主要研究内容如下：
　　（1）通过设计一种由高阻硅矩形棒阵列构成的磁环偶极子介质超材料，实现了不同空间位置磁环偶极子的激发。该超材料能够使磁环偶极子在硅棒内和硅棒间被同时激发，而且它们之间并不会干涉相消。由于弱空间耦合性质以及不同空间位置之间的相互作用，此超材料可产生超高Q谐振，Q值可达63,000。所设计的超材料在高灵敏度传感、非线性器件中有潜在的应用价值。
　　（2）通过设计一种太赫兹金属超材料，理论并实验验证了anapole谐振透明现象。该超材料由金属上哑铃形孔洞阵列构成。激发的磁环偶极子与电偶极子干涉相消产生anapole模式，导致超材料产生具有洛伦兹线型的谐振透明透射谱。当改变中心连接处的宽度时，谐振频率出现移动，但anapole模式仍能激发。通过合理地改变多个结构参数，最终实现了从0.15THz到0.91THz的宽频谱范围内anapole模式谐振频率的调谐。此外，该金属超材料具有结构简单、抑制其它多极子干扰的特点，作为传感器时灵敏度可达0.135THz/RIU。与此同时，还设计了一种基于石墨烯的哑铃形孔洞阵列太赫兹可调anapole超材料。通过改变石墨烯的化学势和层数，实现了anapole谐振强度的调制。
　　（3）通过太设计一种赫兹低折射率介质超材料，理论并实验验证了电环偶极子的激发。该超材料能够在0.18THz位置处激发出一个典型的电环偶极子谐振响应。分析了改变结构参数对电环偶极子谐振响应的影响。发现改变棒长与棒宽仅对谐振位置产生影响，但改变棒高除了影响谐振位置之外，还能对电环偶极子的激发进行调控。最后，利用3D打印和太赫兹时域光谱技术对超材料进行加工与测试，实验结果与仿真结果吻合。