表面等离激元光学通过研究电磁场与金属界面或金属纳米结构中的导带电子间的相互作用,可以获得亚波长尺度的近场场增强,实现亚波长尺度的光操控,是目前光学研究的一个热点。本论文首先研究了在科研工作中探测表面等离激元二维强度分布的漏辐射显微镜系统的成像性质;提出利用表面等离激元耦合透镜实现二维表面等离激元聚焦和三维远场与二维表面等离激元之间的成像;通过数值计算研究了耦合透镜的成像性质;基于耦合透镜设计了表面等离激元聚焦分束器。　　 研究了表面等离激元漏辐射显微镜系统输出的强度分布和表面等离激元各分量强度分布之间的关系。在50nm厚的金膜表面制备倾斜光栅使激发的两路表面等离激元产生倾斜干涉,由于几何结构和光源偏振方向的对称性,表面等离激元电场的面内(平行于金属表面)和面外(垂直于金属表面)分量的干涉条纹调制度的大小对倾斜角度有明显不同的依赖关系。数值计算表明,面外强度分量干涉条纹的调制度接近于1,且不明显随着倾斜角度变化而变化;而面内分量的调制度在倾斜角度为60°,50°,45°和40°的时候,分别只有40％,16.2%,0.4%和15.1%。将实验结果和数值结果进行对比,发现利用漏辐射显微镜探测到的强度分布和表面等离激元面内分量的强度分布成正比,和面外分量无关。这一结论,修正了前人认为漏辐射图像正比于表面等离激元总强度分布的看法。　　 基于菲涅耳波带片的原理,设计了能在金属膜上聚焦表面等离激元的微结构——表面等离激元耦合透镜。这种透镜以耦合光栅为基本结构,因此能同时实现光到表面等离激元的耦合和亚波长聚焦。此外,进一步利用耦合透镜首次实现了三维远场到二维表面等离激元及其逆过程的点对点成像。实验证明,当工作波长在830nm的时候,能将相距202μm的两点物从远场成像到相距704nm的两个表面等离激元点像;从表面等离激元到远场成像能分开相距668nm的两个表面等离激元点物。这一研究成果对于实现表面等离激元和三维远场间的多路集成互联具有重要的意义。　　 给出了具有任意阶相位修正系数的耦合透镜的普遍设计方案,并通过数值计算系统地研究了表面等离激元耦合透镜的成像性质。首先,利用惠更斯—菲涅耳原理,开发了能计算从耦合光栅激发的表面等离激元场分布的数值模拟方法。利用该数值计算方法,研究了表面等离激元耦合透镜的分辨率、物—像关系、像差、色差等成像性质。发现表面等离激元耦合透镜的成像分辨率要高于理想的传统透镜,在物—像关系上可以看成一个厚透镜,并具有较小的球差和较大的轴上景深。　　 最后,以表面等离激元耦合透镜的结构为基础,设计了具有波长选择性的聚焦分束器,能根据入射波长的不同将激发的表面等离激元在不同方向上实现聚焦。聚焦分束器的结构是由一系列的半波长尺度的凹槽组成,他们来自于不同焦点的表面等离激元耦合透镜的重叠部分。当入射波长分别是809和873nm的时候,在实验上实现了有效的聚焦分束。同时,在上述聚焦分束器的基础上,实现了单波长四路聚焦分束和八路聚焦分束。