红外波段在电磁波频段中占有非常重要的地位,研究物体对红外波段的吸收特性,可以推动红外探测技术、红外隐身、红外热成像等领域的发展。传统的红外器件是利用天然材料的固有特性来实现电磁波的调控。但这样的器件对电磁波的调控能力有限,从而导致工作波段较窄、吸收率不高等问题。超材料通过人工设计的方式,可以获得天然材料所不具备的超常特性。因此,基于超材料设计的吸收器为解决上述问题提供了新的方法。但到目前为止,工作在红外波段的吸收器仍然存在吸收波段不宽,结构的多参数调控难以实现等不足。针对上述缺点,本文基于阻抗匹配理论和金属-介质-金属结构的吸收特性,提出了嵌入式长波红外超宽带完美吸收器和基于遗传算法辅助优化设计的超宽带红外吸收器,使用时域有限差分方法对两种不同结构进行分析。论文的具体工作如下:首先,结合阻抗匹配理论和时域有限差分方法,设计了一种嵌入式长波红外超宽带完美吸收器。该吸收器在金属-介质-金属结构的基础上,将MIM结构嵌入到中间介质层中,从而实现超宽带的近乎完美吸收。在长波红外区域,MIM结构引起的法布里-珀罗谐振腔共振和局域表面等离子体共振,以及传播表面等离子体与腔膜共振的协同效应共同导致了嵌入式结构的宽带完美吸收。通过时域有限差分方法来分析结构的吸收性能。实验表明,该嵌入式结构在7-14μm波段内的吸收率均大于90%,相对吸收带宽可达到67%,平均吸收率高达97.55%;且该吸收器对偏振状态不敏感,具有大角度吸收的优异特性。同时又进一步研究了结构的物理参数对吸收光谱的影响,为可调谐吸收器的结构设计提供了依据。这表明所提出的嵌入式超材料吸收器在长波红外宽波段范围内能实现优异的吸收,对吸收器在热发射器、红外传感器等领域的应用具有一定的参考价值。其次,为了进一步拓宽吸收波段和寻找多参数结构的最优解,采用遗传算法辅助设计了多层矩形结构的超宽带红外吸收器。遗传算法是以多层矩形结构的物理参数作为输入,工作波段的平均吸收率作为适应度函数输出,通过遗传算子优化参数,最终可得最优结构参数。通过对最优的多层矩形结构进行仿真分析,结果显示,该红外吸收器在3-14μm的超宽带范围内具有94%的平均吸收率,其中在中波红外（3-5μm）和长波红外（8-14μm）范围内实现了94.9%和94.2%的平均吸收率,从而达到了宽波段和高吸收的设计目标。多层矩形结构也具有任意偏振独立和广角吸收的特性。另外,局域表面等离子体共振、传播表面等离子体共振以及腔模式共振的共同作用实现了超宽带高吸收的特性。本文设计的两种基于MIM结构的超材料吸收器在红外波段具有良好的吸收特性,且吸收器的结构简单和厚度较小,与光刻工艺相兼容,使其大规模生产成为可能。此外,算法优化辅助设计超材料吸收器结构,可以减少传统人工方法所花费的时间。这为以后设计出具有优异吸收性能的超材料吸收器提供了借鉴意义。