太赫兹波因具有光子能量低、相干性高和穿透性强等优点,在公共安全、宽带通讯、生物医学以及材料科学等领域展现出广阔的应用前景,近年来成为了国内外的研究热点。目前,难以获得主动高效的太赫兹调控元器件仍然是制约太赫兹技术进一步发展的关键因素。本文基于人工超材料强大的电磁操控能力和丰富的设计自由度,利用超表面与半导体微结构相结合的方法,针对光控太赫兹器件在实现超快振幅调制、大范围频率调谐、动态演化过程操控以及多维度联合调控四个方面开展了详细的研究。具体研究内容如下:（1）探索了两种具备超短弛豫时间的新型二维材料,并进一步与特殊共振的超表面结构集成,在飞秒激光泵浦下实现了皮秒量级超快、高效的太赫兹幅度调制。通过湿法转移的方法,将化学气相沉积法（CVD）生长的40 nm厚度的WSe2薄膜转移到具有等离激元诱导透明（PIT）共振的人工微结构上形成复合超表面。得益于PIT效应对光生电导的高灵敏性和WSe2薄膜的亚皮秒级载流子弛豫时间,从而使PIT共振透过率幅度产生43%的调制,开关时间周期控仅为数皮秒。另一方面,通过将厚度仅为20 nm的Bi2Se3桥嵌入到电磁感应透明（EIT）超表面,提出了一种Bi2Se3复合超表面。由于Bi2Se3兼具极高的光生电导和超短载流子寿命的优点,飞秒激光的泵浦下的高电导态的Bi2Se3桥将短路超表面的感应循环电流,从而使EIT共振在皮秒级时间范围内产生31%的透过率幅度调制。（2）提出并设计了两类外延硅薄膜嵌入式超表面,在飞秒激光泵浦下达到了超原子分子化的目的,分别实现了单一共振模式和双谐振子耦合共振模式的纳秒时间尺度大范围频率调谐。在单一共振模式上,精心设计的复合超表面形成了并联分布的硅桥,实现从磁四极子共振到电偶极子共振的超原子分子化,频率调谐范围高达48%。同时,在保持透过率恒定的情况下,特定频率处的相位调制范围可以达到53.3°。对于实现多谐振单元相互耦合的复杂共振模式频率调谐功能,提出了一种新颖的硅桥复合EIT超表面,EIT共振具有高达36%的频率调谐范围。此外,在不同光泵浦能量密度下,分别在基频和位移频率位置实现了初始EIT共振的抑制和新EIT共振的形成。（3）通过将不同载流子特性的半导体薄膜同时集成到超表面,构筑了瞬态响应时间可调节的光控太赫兹调制器件。分别利用泵浦光波长和太赫兹偏振态作为操控手段,实现了从纳秒量级准稳态太赫兹响应到皮秒量级超快瞬态的相互转换。利用泵浦光波长作为操控手段,设计了一种双层半导体复合的超表面器件,在泵浦波长的控制下实现了超快开关瞬态响应过程的调控。当泵浦激光波长从800 nm转变为400 nm,EIT共振半开关周期可以从亚纳秒量级调节到皮秒量级时间尺度。利用太赫兹偏振态作为操控手段,结合偏振复用技术,可以将具有显著弛豫时间差别的两种半导体材料分别嵌入至超表面的不同区域。超表面采用四重旋转对称的耦合谐振器,从而形成各向同性的PIT共振。在相互正交的偏振通道中,PIT共振的超快调制分别对应恢复时间大于2 ns的准稳态和恢复时间小于25 ps的超快瞬态过程。（4）通过进一步分别联合电、热、机械三种操控手段,可实现双重维度太赫兹操控,使超表面器件集多物理参量调制于一体。所设计的器件分别实现了电控双稳记忆态下的光控超快调制、热控双频率信道下的光控超快调制、太赫兹入射角度可控共振模式下的光控超快调制。与电控结合,提出了一种新颖的时空调制超表面器件,在空间和时间的维度中对太赫兹超表面分别进行了电控和光控的双重操控。基于VO2相变导致的可写和可擦除逻辑操作,进一步结合非晶锗半导体薄膜,在电控记忆的EIT共振状态下,分别实现了光控太赫兹皮秒级超快振幅调制。与热控结合,构筑了一类具备可控频率捷变信道下的超快太赫兹全光开关超表面器件。通过施加连续光辐照,诱导超表面中的VO2桥相变,使得超原子完成分子化过程,从而实现EIT共振的工作频率切换（调谐范围高达38%）。在此基础上,与非晶锗半导体薄膜复合,两个工作频率上的EIT共振均能在飞秒激光激发下实现皮秒量级的超快高效调制。与机械控制结合,构筑了连续可调谐振态的超快太赫兹调制。通过旋转超表面角度,入射角的倾斜能诱导双开口谐振环C2对称性破缺,实现了EIT效应共振强度的连续可调。结合Mo Se2薄片,在飞秒激光泵浦下,不同太赫兹入射角分别对应的电感电容（LC）共振和EIT共振均实现了亚纳秒量级的超快幅度调制。