石墨烯和表面等离子体激元因其独特的物理性质,引起了国内外研究机构的高度重视,在光电信息领域得到了广泛应用。本论文在表面等离子体和新型二维材料的背景下,基于时域有限差分法,对以下三个方面进行了数值计算和理论分析:1.分析了石墨烯的物理参数和几何参数对等离子体共振模式的影响。减小费米能级或增加宽度都可以使透射谱的共振波长发生红移。随着电子迁移率的减小,传输率会下降到低阶模式。通过引入玻璃缺陷可以对等离子开关在开启状态和关闭状态之间进行微调,实现了等离子体开关效应。此外,将克尔非线性材料引入到结构中,发现输出光透射率随入射光强度变化有两个不同的输出路径,形成了磁滞回线,产生了光双稳效应。2.研究了由金属光栅和克尔非线性材料组成的金属-绝缘体-金属(MIM)波导结构中的光双稳效应。结果表明,通过增加金属光栅的宽度和高度、非线性材料层的厚度及其线性折射率,共振波长都会发生红移,而且通过调节优化结构参数可以实现低阈值的光双稳现象。3.运用时域有限差分法和耦合模理论对石墨烯-腔-光栅波导系统的光学特性进行了数值计算和理论研究。谐振腔能够增强石墨烯等离子体共振效应和加强等离子体激元波在石墨烯中的局域作用,通过引入克尔非线性材料能够实现光学双稳态现象。此外,当改变石墨烯的费米能级时,该结构的三种共振模式对应的共振波长会发生变化,实现结构参数对透射共振模的调控。