随着科学技术的进步,器件的小型化和集成化成为未来信息技术领域的发展趋势,这给电磁波的调控提出了新的要求。作为依附于金属表面传播的一种光波形式,表面等离激元为高效的电磁波调控提供了一条途径。表面等离激元是自由电子在贵金属表面产生的集体振荡,其特点是光场被高度束缚在金属表面纳米尺度的空间区域内。正因为如此,金属本身的属性及其纳米尺度几何形状将对光场的特性产生极大的影响。近年来,大量文献报道了利用纳米结构的几何特性在微观尺度进行光场调控的研究,如光学传感和调制,局域场增强,光催化,超表面等;然而,金属体系的等离激元缺乏动态可调性,成为其进一步发展的瓶颈。作为最先被制备出来的二维材料,石墨烯具有稳定的力学特性、可调的费米能级、高电导率等优点,成为理论与应用研究的热点。石墨烯等离激元恰好可以弥补金属等离激元的这一不足,例如可利用静电场调控石墨烯的费米能级以改变其自由载流子的浓度,进而影响其所支持的太赫兹波段等离激元特性。可以注意到石墨烯还具有非常强的磁光效应,将石墨烯置于静磁场之中,其自由载流子在磁场作用下的运动发生偏转,形成回旋共振模式,而此时形成的集体共振则被称为磁等离激元。基于此研究背景,本文结合理论和全波仿真方法,研究了不同形状和不同边界石墨烯的磁等离激元特性。论文主要内容和结论如下:(1)研究了具有不同形状的石墨烯纳米结构中磁等离子体的激发。发现在静磁场存在的情况下,简并的等离激元偶极模式将发生分裂,并且在正多边形中的分裂是对称的,其数值不取决于石墨烯几何结构的大小,而仅取决于正多边形的边数。本文进一步介绍了一个简单的Lorentz模型,该模型可以很好地描述正多边形中的光学激发。最后探究了无旋转对称形状的石墨烯(如矩形)中的磁等离激元,发现矩形石墨烯中不会出现对称分裂现象。(2)研究了打孔石墨烯中的磁等离激元特性,对于内孔边界和外边界的不同边界条件的组合,打孔的石墨烯呈现出不同的磁等离激元特性。研究发现磁等离激元模式的能量差随着石墨烯环的宽度和临界宽度(能量差等于零时的环宽度)而变化,这与回旋半径和回旋共振频率有关。只有当石墨烯环的宽度大于临界宽度时,才能在外磁场下观察到对称分裂。此外,通过增加矩形边界的长边(内孔边界或外边界均可),可以使对称分裂现象消失。在这种情况下,消光光谱中将只有一种模式占主导地位。对于开口石墨烯环,在外部磁场下只能激发一种偶极磁等离激元模式。该论文有图29幅,参考文献176篇。