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本论文从理论与实验两个方面研究了复合纳米磁性结构的磁光特性。在理论方面,对多层复合薄膜的磁光性能参数,采用传输矩阵法进行了数值计算。对周期性阵列复合结构的磁光性能,采用散射矩阵法进行了研究。同时,通过COMSOL Multiphysics软件模拟了复合薄膜内的光场分布。在实验方面,利用磁控溅射方法制备氧化铪/磁性金属复合多层薄膜。结合光刻方法和磁控溅射,制备了周期性的纳米结构阵列。利用扫描探针显微镜(SPM)对样品的微结构进行了表征,利用椭偏仪和磁光测量系统对样品的光学性能参数和磁光克尔效应进行了测试和研究。主要的研究工作包括以下几个方面：一、多层复合薄膜的设计制备与磁光性能研究为改进钴膜的磁光性能,引入二氧化铪HfO2介质,构造法布里-泊罗干涉腔,设计了四层膜结构：Hf02/Co/Hf02/Al/substrate。根据多层膜的传输矩阵理论,对四层膜HfO2/Co/HfO2/Al/substrate磁光性能参数进行了理论计算。探寻四层膜磁光增强的基本规律。在最佳磁光品质因子的条件下,数值计算了克尔角、椭偏率、反射率随入射波长的变化规律,并理论预言了多层薄膜光学腔效应的存在。在理论计算的基础上,用磁控溅射法制备了多层复合薄膜：HfD2/Co/HfO2/Al/substrate, HfO2/Co/HfO2/Ag/substrate。研究表明,在保持钴膜与铝膜厚度不变的情形下,多层膜的磁光克尔谱随二氧化铪的厚度发生变化；而在保持二氧化铪总厚度不变的条件下,磁光克尔谱随钴膜的位置发生变化。实验结果验证了多层薄膜中腔效应的存在。对样品HfO2(11nm)/Co(15nm)/HfO2(30nm)/Al(40nm)/silicon克尔谱的测量,发现最大极克尔角达到-7.92°,约为单层钻膜克尔角的四十倍；而对HfO2(15nm)/Co(15nm)/HfO2(30nm)/Al(40nm)/silicon样品,观测到其最大纵克尔角达到-1.04°。特别是,多层膜在一个较宽的波长范围内,磁光性能得到显著增强。为了解释多层膜磁光效应增强的现象,利用软件COMSOL Multiphysics4.3b,数值模拟了多层微腔中的电磁场分布,结果表明,法布里-泊罗腔效应是多层膜磁光增强的根源。通过对反射谱的测量发现,大的克尔角与多层膜反射谱的谷值对应。这是由于法布里-泊罗腔效应,引起了多层膜表面反射光的相消干涉,使反射的电磁能量降低,而吸收的电磁能量增大。二、周期性磁性薄膜阵列的制备与磁光性能研究磁等离激元晶体展现出新颖的磁光特性,是当前纳米磁学领域的一个研究热点。鉴于此,结合光刻技术与磁控溅射方法,我们制备了两类周期性薄膜阵列：一类是复合磁性薄膜的条形阵列,一类是复合磁性薄膜的方形阵列。研究了两类复合磁性薄膜的磁光性能。研究表明,由于引入二氧化铪介质层,阵列复合薄膜的磁光性能得到明显增强。多层条形薄膜阵列的磁光性能与条形宽度、高度、周期等几何形状有关,通过调节几何形状,改变传播等离激元与局域等离激元的激发模式,可以达到调节其磁光性能的目的。多层薄膜条形阵列的磁光性能与中间层二氧化铪的厚度密切相关,改变Hf02的厚度,可以控制光学腔效应的发生,增强其磁光性能,而且也能够实现克尔角的符号翻转。对于方形薄膜阵列,其磁光性能存在明显的空间各向异性。这是因为不同的空间方位,传播等离激元SPP与局域等离激元LSP的激发模式不同,从而影响其磁光响应。利用腔效应,复合薄膜的方形阵列磁光性能也可以得到进一步改善。三、利用散射矩阵法研究钴纳米管阵列的磁光性能利用傅里叶变换,推导了纳米管阵列的介电张量形式,提出了纳米管的有效电极化模型。根据散射矩阵的方法,对嵌入到介质中的六角排布钴纳米管阵列的磁光性能进行了理论计算。计算结果表明：在一个较宽的波长范围内,在钴的占位率相同的条件下,钴纳米管阵列的磁光性能优于钴纳米盘阵列的磁光性能。钴纳米管阵列的磁光性能与纳米管的长度、壁厚、间距、填充介质有关,磁光响应的增强与反射谱的极小值存在关联,而等离激元共振激发与反射谱的极小值相对应。由此推知：由于等离激元激发,引起空间电磁场能量的重新分布。由等离激元激发产生的光发射,使反射光的克尔偏转有较大的改变,这是磁光增强的原因。根据有效电极化模型,由于局域等离激元的激发,产生电偶极子振荡,通过电偶极子振荡和磁化强度共同作用,使复克尔角有较大的相位改变,可能导致克尔角的符号发生改变。