为了实现对电磁波的操控，人们利用自然界中性能各异的材料设计了各种各样的人工结构材料，比如光纤、衍射光栅和光子晶体等。2000年以来，一种被称为超材料（Metamaterials）的人工材料迅速成为国内外物理学研究的热点，其研究范围已涉及到材料科学、光学以及纳米科学等。超材料是一种人为设计的周期性结构材料，并在远大于周期的波长范围内具有某种自然界中不存在或构成材料不具备的特性。手性是指物体与其镜像不能重合的特性。手性材料的旋光性已应用于光谱学、分析化学、结晶学、分子生物学等领域。通过具体设计，手性同样能够存在于超材料中。手性超材料不仅相对于自然手性媒质具有更强的旋光性，还可以产生在自然手性媒质中不存在的负折射率和圆转换二向色性等新特性。随着手性超材料的设计越来越多，目前有必要系统地分析手性超材料的圆二向色性和圆转换二向色性出现的条件，提供手性超材料的设计原理，并且最终用于设计实际所需的圆偏振态控制器件。本文首先分别分析了基于螺旋和不对称双开口谐振环结构的手性超材料的圆二向色性和圆转换二向色性，并分别在光波段和微波段进行了试验研究，其中，螺旋超材料利用激光直写系统和电化学沉积制备，而不对称双开口谐振环利用传统光刻技术制备；其次，在总结了本文中的内容和近年来手性超材料的研究进展的基础上，本论文分析了具有各种对称性的手性超材料不同的圆偏振特性；然后进一步分别总结了实现圆二向色性和圆转换二向色性的完备条件；最后，根据文中的分析总结，提出了同时具有圆二向色性和圆转换二向色性的手性超材料，其能实现高转换率的线偏振电磁波向圆偏振电磁波的转换。　　本研究主要内容包括：⑴研究了手性超材料的圆二向色性。对于螺旋超材料，第一，设计了基于椭圆螺旋超材料的椭圆偏振器，扩宽了螺旋超材料的适用范围。第二，提高了单螺旋超材料的信噪比。该结果可用于光波段的椭圆偏振器和圆偏振器；对于双层不对称双开口谐振环，设计了两种具有这一圆二向色性的双层结构，该结果可应用为微波段的圆偏振器；⑵研究了螺旋超材料的圆转换二向色性。发现了左旋右旋组合螺旋超材料在红外波段具有宽带的圆转换二向色性，并通过红外波段的实验进行了验证。该结构可用于光波段的圆偏振转换器；⑶研究了双层不对称双开口谐振环的圆转换二向色性。设计了两种双层结构，它们的圆转换二向色性远强于单层不对称双开口谐振环。该结构可用于微波段的圆偏振转换器；⑷分析并总结了具有各种对称性的手性超材料的传输矩阵、本征偏振态和圆偏振特性，为今后的手性超材料的设计提供了参考和依据；并总结了圆二向色性和圆转换二向色性各自出现的必要条件，以及它们各自单独存在的必要条件；⑸根据手性超材料圆偏振特性的出现条件设计了同时具有圆二向色性和圆转换二向色性的双层不对称双开口谐振环，其具有高的线偏振电磁波转换为圆偏振电磁波的转换率。该结构可用于微波段的线偏振向圆偏振的转换器。