近年来,光学Tamm态(OTS),一种被局域在两种不同介质接触面的表面波。由于具有易被激发、对电磁波的强局域性等特性受到了研究者们的关注。不同于表面等离激元,光学Tamm态的激发不需要特定的入射角、能被TE(transverse electric)极化波激发,同时具备局域场增强效应,因此在实现局域场增强,进而实现易集成、可调控的光电器件领域具有巨大的应用潜力。我们知道,光子晶体异质结结构和金属-分布式布拉格反射镜(DBR)结构是激发光学Tamm态的典型结构,但由于金属极高的损耗系数、窄带响应及不易主动调控等不足限制了其在主动光电器件中的应用。近年来,石墨烯的出现为上述问题的解决提供了新的思路。石墨烯具有类金属的特性,能支持TE和TM(transverse magnetic)偏振的光学Tamm态,且石墨烯灵活的电导率调谐特性、超强的非线性电导率、快速的响应时间和超薄的原子层厚度等为实现紧凑和主动可调的光电器件提供了新的思路。与此同时,基于石墨烯-DBR结构激发光学Tamm态,获得局域场增强,我们可以实现具有优异性能的微纳光电器件,在光电器件应用中具有非常现实的科学意义。本论文主要研究了基于石墨烯-DBR结构的光学Tamm态及其在微纳光电器件中的应用,所取得的创新成果如下:(1)论证了在太赫兹波段下,基于石墨烯-DBR结构的光学Tamm态的激发及其物理机制。在此基础上,提出了一种方法可以在期望的角度和频率上精确地操控光学Tamm态。此外,我们还发现,光学Tamm态依赖于石墨烯的电导率,因而使得石墨烯-DBR结构成为在太赫兹(THz)频率范围内动态可调的光学Tamm态装置的可行结构。(2)研究了基于金属-DBR结构的光子自旋霍尔效应,通过在金-DBR结构激发光学Tamm态来获得自旋分裂。进一步,我们通过引入石墨烯使得光子自旋霍尔效应具备动态可调。通过设置合适的参数,在TM极化下,自旋位移量可以达到18 um。我们的结果对于灵活调控自旋霍尔效应打开了新的思路,在自旋控制光子学上具有不错的应用前景。(3)研究了太赫兹波段基于石墨烯-DBR结构的光学双稳态现象。我们发现基于石墨烯的光学Tamm态能够被用来实现低阈值的反射型光学双稳态。光学双稳态的低阈值源于光学Tamm态激发导致的局域场增强。此外,石墨烯电导率的可调谐性为基于此结构的可调谐双稳特性创造了条件。因此,基于石墨烯光学Tamm态的电可调谐光学双稳器件在非线性光学元件领域具备潜在应用。(4)在理论上设计了一种基于石墨烯-传感层-一维光子晶体(1D PC)结构的角度调制型高灵敏度传感器。由于在石墨烯和1D PC之间产生光学共振,从而为获得传感器的高灵敏度创造条件。通过调试、设定合适的参数,整个结构的灵敏度最大可以达到407.36~o/RIU。我们认为所设计的基于角度调制型的传感器,具有结构简单,易于调节,并且能够获得高灵敏度,高精度的优良特性。(5)通过石墨烯表面光学Tamm态的激发使得反射相位的变化在共振角度附近异常剧烈,因此,在共振角度附近古斯汉欣位移和反射群延迟得到了极大地增强。古斯汉欣位移以及反射群延迟的数值和符号强烈地取决于石墨烯的电导率特性及其它结构参数。这为实现电可调谐的古斯汉欣位移和反射群延迟提供了新的途径。数值模拟结果验证了有限光束宽度情形下古斯汉欣位移结果的正确性。