得益于纳米加工技术和数值模拟方法的快速进步,纳米光子学在过去几十年里获得了蓬勃的发展。纳米光子学是一门致力于研究电磁波和物质在纳米尺度内相互作用的学科。这一领域的科学发现和与之相伴随的技术进步正在不断为我们社会的可持续发展做出贡献。表面等离子体是存在于金属表面的自由电子的集体振动。对它的研究构成了纳米光子学重要的一个部分。表面等离子体能够强烈的和来自远场的入射光波相耦合,把光子能量紧约束在纳米结构的附近,从而极大的增强纳米尺度内电磁场的强度。这一优秀的特性可以被用来突破衍射极限,增强光学非线性,提高太阳能电池的效率等等。人们通常可以用相对于纳米结构物理几何尺寸更大的光学吸收截面来表征该结构所支持的表面等离子体。当把这些分立的结构排成周期阵列时,甚至可以完全吸收入射光波的能量。这一现象被称为光学完美吸收。控制吸收谱线的带宽,尤其是设计出超窄带的完美吸收器是这一领域努力的目标之一。它可以帮助人们制造出非常敏感的光学探测器,传感器等。在本论文的第一部分中,我们设计了一种基于光栅的吸收器,它的吸收峰的半高宽小于1nm。其原因是,此种光栅支持的非定域谐振模式在结构表面传播时拥有非常低的能量损耗率。大部分报道的超窄带吸收器都是利用类似的光学非定域传播模式。这导致吸收器必须要有相对于吸收波长较大的几何面积。所以,进一步的,我们提出一种方法可以理性的设计出有超窄带,同时尺寸又微小的吸收器。基本思路是利用结构支持的高阶定域谐振模式,而非一般常用的低阶基模来降低和远场的耦合。另外,我们还需要在吸收器电介质成分中掺杂增益材料来补偿金属中过大的热损耗率。我们应用这一思路设计了三种基于不同吸收机制的小尺寸超窄带光学吸收器。发现它们的相关特性都优于采用传统基模的对照结构。金属电介质壳核纳米球形结构是纳米等离子体领域中一个经典的研究对象。在本论文的第二部分,我们首先研究了如何用金属球形壳层支持的定域表面等离子体谐振来增强位于纳米颗粒中心的上转换材料的远场辐射强度。为此,我们发展了一个简单的模型来描述上转换材料的吸收和辐射过程。结合基于Mie理论的仿真计算,我们指出在不同泵浦光强下的最优结构,在同一章中,我们进一步研究了更复杂的多层纳米球形结构,它由一系列的金属和电介质壳层交替排列而成。我们揭示了此类结构中多个金属壳层支持的表面等离子体发生协同共振时引起的光学增强级联效应。它能将入射光能量聚焦在结构中心,引起中心区域极大的光场增强。我们还计算了光热效应引起的温度分布。发现即使在连续光照射的稳定状态下,由于电场强度的空间不均匀分布和不同材料壳层界面存在的界面热阻效应,温度的空间分布也是很不均匀的,中心处温度最高。最后,我们计算了主要由升温引起的结构内部压强的增大。光与纳米颗粒阵列的相互作用由于其拥有的巨大应用潜力而成为一个热门研究方向。阵列中,颗粒之间的电磁相互作用所引起的所谓晶格谐振（lattice resonance）使得它对入射光的响应和单个颗粒的情况很不一样。比如,一个由极小颗粒排成的规则阵列可以完全反射入射光。最近的理论研究显示,即使把更小的二能级原子排成阵列也能达到相同的效果。在本论文的最后一部分中,我们进一步研究了入射光和三能级原子阵列的相互作用。不同于二能级原子只能和光发生弹性相互作用,我们发现,受泵浦光强调控的同一个三能级原子阵列既可以高效反射和吸收入射光,也可以变得对入射光高透,还可以对光进行放大。