太赫兹波由于其指纹性、高安全性、时间空间高分辨率、强穿透性、宽频带等特异性质，在生物医学、航空航天、食品药品检测等方面具有重要应用前景。对太赫兹波，很难找到对其有强烈响应的天然材料，而超材料作为一种人工设计的周期性结构，可以任意设计自身结构和单元排布，通过吸收、阻挡或弯曲入射波来实现对太赫兹波自由、高效的操控而获得较大关注和重视。基于超材料的吸波器具有超薄、近乎完美的吸收率、工作频率可调等传统吸波器不具备的优势，在成像、感知、太阳能收集等领域具有极大应用前景，但目前超材料吸波器仍存在吸收频带不够宽、动态调控方式少，设计方法和工作机理不够清晰等问题，亟待系统细致的研究。本文首先从太赫兹波检测和超材料吸波器基本原理出发，研究了包括窄带、超宽频带、动态调控等不同架构的太赫兹超材料吸波器，并对其展开了系统的机理分析；再进一步研究了基于超材料吸波器的绝缘材料介电特性检测方法，为绝缘材料的检测提供了新思路；最后对所提超材料吸波器进行光刻加工制备，并搭建太赫兹时域光谱系统平台，通过实验证明了该检测方法的有效性。本论文的主要研究内容和成果如下：
　　①研究构建了基于MDM架构的窄带太赫兹超材料吸波器。首先提出了一种基于开口谐振环的双“L”型的超材料吸波器，研究建立吸波器结构的等效LC电路模型并进行了谐振频率的定性分析，通过仿真计算研究论证了等效电路对超材料吸波器结构表征具有有效性，并利用电磁场分布、表面电流分布阐述了该吸波器结构的工作机理。第二，构建了基于三圆环谐振单元的三频带吸波器。通过与其对应的单谐振单元吸波器对比研究分析，论证了利用多谐振单元实现多频带超材料吸波器方法的有效性，对未来多频带吸波器及宽频带吸波器结构设计与优化具有指导意义。
　　②研究构建了基于钛酸锶的谐振频率动态调控的太赫兹超材料吸波器。通过对钛酸锶材料特性分析，建立在太赫兹频段下钛酸锶材料的等效表征模型，结合“三明治”经典超材料吸波器结构，实现了对超材料吸波器吸收谐振频率的动态调控功能，结果表明，在不改变吸波器结合结构的前提下，通过外界温度从400K变化到200K，吸波器动态频率调控达到770GHz，同时保持99%以上的吸收率。此研究丰富了当前吸波器的调控手段。
　　③研究构建了基于石墨烯的超宽频带太赫兹超材料吸波器。通过研究石墨烯材料的电磁参数计算并在太赫兹频段进行了等效表征，采用二维等效表面阻抗的方式进行建模，再结合多谐振单元设计思想与梯度调制方法进行结构设计，实现了具有超宽频带的超材料吸波器。结果显示该吸波器结构在0.1~3.5THz范围内，90%以上吸收率的带宽达到了1.57THz，且通过石墨烯化学势的改变可获得吸收峰值19%到100%的动态调控。
　　④开展了基于太赫兹超材料吸波器绝缘材料介电特性检测方法研究。将设计的超材料吸波器用作传感器，添加绝缘材料置于超材料吸波器表面，详细分析了基于固定一种绝缘材料，不同材料厚度对吸波器灵敏度的影响，以及固定绝缘材料厚度，吸波器对不同绝缘材料(不同介电常数)的灵敏度反应；对计算数据进行了数值拟合，结果显示两种情况分别呈现双指数衰减函数和正向线性函数关系。通过研究吸波器传感检测中的电场及能耗分布情况，进一步分析了吸波器传感检测机理。最后通过实验验证吸波器结构本身以及基于吸波器传感检测方法的有效性。