贵金属纳米材料由于其独特的局域表面等离子体共振特性引起了人们的广泛兴趣,并在生物传感,成像,检测,药物传递以及纳米医疗等生物医学方面有着广大的应用前景。贵金属纳米颗粒作为光学探针能够产生比入射电磁场高几个数量级的电磁场增强,以及大的比表面积和表面易修饰等特性是其替代传统探针的主要原因。除此之外,纳米颗粒能够通过改变尺寸,形状等参数实现其共振频率的调谐。而光学探针在生物医学应用中的一个主要障碍是液体组织环境对光的吸收作用。由于纳米金球直径从10nm变化至100nm,其共振波长仅能产生约40nm的红移,很难避开水的吸收作用,因此为了能够以小尺寸的纳米结构操纵宽波长范围的光,获得优异的消光特性和场增强特性,人们制备出各种形状的纳米结构。其中非对称结构拥有更多的可调谐自由度而引起了人们的关注。芯帽结构由于打破了球对称性,其共振频率可调谐性大大增强并且光学性能表现出独特变化。芯帽结构谱线表现为两个明显的共振峰,对应于电偶极子和磁偶极子共振两种模式。而由于结构的非对称性,其消光特性对偏振态的变化异常敏感。对于在自由空间中任意分布的纳米颗粒很难通过控制偏振方向达到最佳共振状态,这对芯帽结构的应用形成了阻碍。本文提出了一种异构二聚体结构,由球对称结构和芯帽结构构成。利用二聚体结构之间的共振耦合作用,去除了芯帽结构对偏振态的依赖性。该异构二聚体结构在可见光与近红外波段范围内具有高效稳定的消光性能。本文通过有限元法COMSOL Multiphysics软件对芯帽结构以及提出的异构二聚体结构的光学性能进行了系统性的研究。具体内容如下:(1)通过仿真计算结果,对比研究了核壳和芯帽结构在线偏振平面波下的光学性能,如消光特性和场增强特性等,并通过表面电荷密度分布对芯帽结构三种共振模式随波长变化的规律进行了讨论,最后提出了应用过程中芯帽结构对偏振态敏感的性能缺陷。(2)创新性的提出了一种异构二聚体对芯帽结构性能缺陷进行补偿的方法,并通过仿真计算对其光学性能进行了研究。(3)对异构二聚体结构在芯帽结构旋转的情况下的光学性能进行了研究,并通过Simpson-Peterson Approximation(SPA)理论进行了建模。(4)基于本课题组提出的制备方法,制备了一种定点连接的三维异构二聚体结构。并通过扫描电镜与光学显微镜的表征和仿真计算验证了该补偿方法的可行性。本文研究表明,由于芯帽结构打破了球对称性,其光学性能对偏振态变化异常敏感,对其应用形成了阻碍。本文提出的核壳/芯帽异构二聚体结构,成功去除了芯帽结构对偏振态的依赖,极大的提高了芯帽结构对偏振态的自匹配性,获得了稳定而高效的光学性能。在芯帽结构旋转的情况下,利用SPA理论对该二聚体结构进行建模并实现了一种异构二聚体结构等离子体尺,提供了一种宽范围调谐共振波长的手段。基于本课题组的制备方法成功实现了三维异构二聚体的定向连接,并通过实验表征以及仿真计算验证了异构二聚体对芯帽结构补偿方法的可行性。