人工电磁材料在自然界并不存在,可以展现出许多传统材料不具备的奇特性质,受到了科学家们的广泛关注。人工电磁材料在包括空间通信、电磁隐身等越来越多的领域展现出独特的应用潜力。这些应用大多基于它特有的操控光波的能力。本文将基于二维电磁亥姆霍兹腔来设计人工电磁材料并实现对光的操控。基于Mie散射理论,我们研究了完美电导体(PEC)围成的亥姆霍兹腔中的各种电磁模式并设计了具有回射功能的超光栅。首先,我们用严格的双级数方法研究了在二维电磁亥姆霍兹腔内激发的回音壁模式,在给出几种回音壁模式的激发波长的同时,探讨了入射角、亥姆霍兹腔开口大小对回音壁模式的影响。结果发现回音壁模式对入射波长和腔体开口大小的改变非常敏感,但对在一定范围内变化的入射角并不敏感。在此基础上,我们发现亥姆霍兹腔中存在磁对称偶极子模式(MSDM),并分析了形成该模式的物理机理。基于MSDM,一个由亥姆霍兹腔构成的线性阵列构造的超光栅可以实现电磁波的回射现象。回射现象对构成其的亥姆霍兹腔的取向排布具有很强的鲁棒性,并且可以在较宽的入射波长范围内实现百分之九十以上的回射效率。当腔体内部的空心区域大小不变时,具有有限壁厚的亥姆霍兹腔可以与壁厚无限薄的亥姆霍兹腔产生相同质量的MSDM。超光栅对制造的要求比较低,可以实现高效、宽带的回射器。