石墨烯是一种由六角蜂窝状二维的单层碳原子构成的二维材料。与传统的光学材料相比，石墨烯的载流子浓度可以通过化学参杂、门电压、电场和磁场等方式来控制，因此石墨烯的电学与光学性质具备可调节性。此外，石墨烯独特的电子构造使其具备许多优异的特性，如高费米速率、高载流子迁移率、高透光性、高导热系数和低电阻率等，使之在能源、信息、生物医学等领域蕴含着巨大的潜力。本文基于石墨烯材料设计了三种石墨烯复合结构的光吸收器件，利用全矢量时域有限差分和严格耦合波方法，系统研究了三种结构的光吸收特性。全文主要内容如下:　　(1)研究了石墨烯材料的光学特性，定量研究了石墨烯的电导率和介电常数对波长的依赖关系;并在此基础上给出了石墨烯在不同波长下的色散特性。　　(2)设计了基于石墨烯-多层亚波长光栅结构的光吸收器件。在石墨烯无表面等离激元响应的条件下，利用导模共振和光子带隙协同作用下的临界耦合机制，实现了近红外波段的完美光吸收。对于该结构，可以通过调节结构参数和入射角的方式调节吸收谱，还可以通过改变石墨烯化学势对其吸收特性进行动态调节。此外，共振模式的光场可以渗透到器件内部极大增强了光与物质间的相互作用。上述器件设计在包括光探测、调制器件上具有很大的应用潜力。　　(3)设计了一种基于石墨烯/介质光栅/金属薄膜/介质多层结构的完美吸收器件。在前一工作的基础上，利用Tamm等离激元和导模共振的临界耦合，实现了近红外波段多通道的全吸收。系统研究了器件的吸收响应对结构参数和石墨烯化学势的依赖。由于不同共振波长下的共振增强的局域光场位于结构的不同位置，进而可以实现选择性的光与物质间的相互作用。该工作通过多个独立的共振模式，为选择性地增强光物质的相互作用提供了一个新的方法，并将在多通道光子探测、传感、通信和非线性纳米光学领域具有重要应用潜力。　　(4)设计了基于深金属光栅/介质/石墨烯多层结构的吸收器件。系统研究了金属狭缝的腔模式和石墨烯的表面等离激元的强耦合效应与吸收特性。研究发现，模式耦合与吸收响应与器件结构参数和石墨烯光学性质密切相关。通过动态调整石墨烯层的化学势，可以对模式耦合强度、吸收响应进行动态调节，并实现了平顶完美吸收光谱及选择性的场增强。该结构设计与相关机理将在光探测、传感和非线性纳米光子学等领域具有重要应用潜力。