金属纳米结构中,局域表面等离激元共振具有亚波长局域和近场增强的特性,在众多领域都有广泛的应用。特别是环形金属纳米结构,由于其具有较大的腔内体积、腔内可以形成均匀稳定电场等特点,非常适合应用于传感、探测以及太阳能电池等领域。因此,对于支持等离激元共振的环形金属纳米结构的研究是目前人们关注的热点领域之一。本文利用时域有限差分算法,结合光辐射电子显微术,对金纳米环表面等离激元模式分布进行了较为全面的研究。利用FDTD solutions软件对不同尺寸金纳米圆环结构的光学响应进行了模拟研究,从激发光入射角度等方面分析了等离激元明、暗模式产生条件。模拟结果表明,平面波光源斜入射激发金纳米环时,可以实现对明、暗模式的同时激发;而垂直入射时只能激发明模式。研究结果同时表明,等离激元共振峰对纳米环厚度与纳米环外直径的比值(T/D)极其敏感,随着T/D比值的减小,会出现等离激元共振峰红移的现象。进一步发现,p偏振入射激发条件下,金纳米环表面电荷分布异常。这种异常分布产生的原因是:当p偏振光激发时,光源存在z方向的电场分量,使得电荷在上下表面以及衬底表面之间发生振荡,导致纳米环单一表面内出现了电荷的异常分布。另一方面,通过模拟激发点的时间响应,揭示出了不同激发点之间的动力学演化关系。研究结果显示,在s偏振光激发条件下,强度较强的两个热点处的电荷是同时振荡的,但两点处电荷的相位在振荡过程中始终是相反的;在p偏振光激发条件下,金纳米环远离光源处的电场增强明显高于近光源处的电场增强,且近光源处的等离激元的振荡早于远离光源处的振荡。在外加光源消失后,纳米环结构的等离激元模式开始自身振荡,各个激发点之间的振荡此时不再存在时间差异。最后,利用光辐射电子显微镜(PEEM)对单一金纳米环的暗模式近场分布进行高分辨率原位成像。研究结果表明,s偏振光斜入射辐照样品时,可以观察到明显的四极分布特性;在p偏振激发条件下,可在结构远光源处观察到一个激发热点。得到的实验结果与理论模拟结果具有很好的一致性。金纳米环具有极高的灵敏度和品质因子,充分地体现了极好的传感性能,对传感等应用领域的发展具有重要的意义。