光学光栅，作为一类光学元件，被广泛应用于操控电磁波的传播，极大地推动了包括物理学、天文学等科学的全面发展。最近，渐变折射率光栅由于具备异常的衍射特性而成为电磁学领域研究热点。本文重点研究了该类光栅的衍射特性，并结合超材料设计一些具有特殊功能的光栅器件。　　首先，我们通过在ZIM超材料波导结构中构建空气槽的方式实现模式转化，并从理论分析和数值模拟两个方面论证了直波导中模式转化效果。此外，在弯波导结构中，甚至是多端口波导系统中，我们依然可以很好地获取模式转化。除此之外，我们提出的模式转化器件还可以有效地用作光二极管，它可以有效地实现单向传输效果。　　其次，我们论证了填充有渐变折射率GIMs的金属光栅结构在任何入射偏振波条件下，任何填充介质性质情况下，都能有效地实现全方位反射。通过把直金属光栅弯曲成金属光栅环，我们设计出了可以有效屏蔽电磁波的“超构笼子”。且无论入射波的偏振如何，无论填充介质的性质如何，我们设计的“超构笼子”都能完美有效地屏蔽电磁波。　　最后，我们通过一种特殊设计的光栅实现了异常的传输效果。不同于大多数光栅结构的研究方法，我们从惠更斯原理出发研究了该光栅结构，且准确计算了各衍射级次的效率。