表面等离激元(surface plsmon, SP)作为光与金属纳米结构表面自由电子相互作用产生的一种电磁模式,强烈地依赖于金属纳米结构的形状、尺寸、材料以及周围介质环境。根据SP在不同尺寸金属纳米结构上的光学性质,表面等离激元分为局域表面等离激元(Loclized surface plasmon, LSP)和表面等离极化激元(Surface plsmon polaritons SPPs)。本论文中,我们主要采用离散偶极子近似(Discrete dipole approximation, DDA)算法研究了银纳米粒子体系的LSP共振特性和采用基于时域有限差分(Fitine difference time diomain FDTD)算法研究了金属-介质界面上SPPs的传播特性。本论文的研究工作主要围绕LSP共振耦合特性和SPPs传播特性两方面展开：1、LSP共振耦合特性研究(1)基于级联放大的思想,我们采用DDA方法设计了两种可能产生级联增强电场的纳米结构：三根纳米棒链状结构和风车形纳米结构。对于三根纳米棒链状结构,由于相邻纳米棒之间LSP的共振耦合使得在三根银纳米棒链状结构中的小纳米棒周围聚焦了很强的表面增强电场。对于风车形纳米棒结构,在纳米棒侧表面出现了比直接用光横向激发纳米棒更强的表面电场,且其表面增强电场不依赖于入射光的偏振方向。(2)我们采用DDA方法设计并研究了两种对称破缺纳米结构中LSP的共振耦合特性：三角缺口三角形纳米结构和不对称圆柱形双纳米棒结构。对于三角缺口三角形纳米结构,消光光谱中出现的不对称线形是由于三角缺口三角形纳米结构中LSP耦合产生的绑定模式与反绑定模式相互作用产生的法诺共振所导致。对于不对称圆柱形双纳米棒结构,其消光光谱中出现了两个混合等离激元模式峰：一个是高能量的反绑定模式峰,另一个是低能量的绑定模式峰。两共振模式间的耦合,导致共振峰发生重叠而在消光光谱中呈现法诺共振线形。此外,采用LC谐振模型计算的不对称双纳米棒结构的共振峰位置与DDA方法计算的共振峰位置很好地吻合。2、SPPs传播特性研究(1)我们采用FDTD算法研究了具有滤波功能的齿轮形谐振腔与MIM波导相互耦合结构的传播特性。相比于圆盘形谐振腔MIM波导滤波器结构,由于齿形结构破坏了圆盘形谐振腔中本征模式的对称分布,在齿轮形谐振腔中产生了Fano共振。通过系统研究结构参数对其传播特性的影响,发现Fano共振强烈地依赖于齿形结构的几何参数。当在齿轮形谐振腔和圆盘形谐振腔中填充不同折射率介质时,齿轮形谐振腔MIM波导结构中Fano共振模式对折射率的变化更加敏感。(2)我们采用FDTD算法研究了在通信波长1.55μm的光激发下,介质狭缝中含有金属纳米粒子的时金属-介质-金属(Metal-Insulator-Metal, MIM)波导的传播特性。通过研究MIM波导中金属粒子的尺寸、位置及形状对MIM波导传播特性的影响,我们发现由于MIM波导中传播的SPPs激发了金属粒子的LSP共振,MIM波导的衰减被极大地提高。(3)基于谐振腔和光的干涉原理,我们采用FDTD算法设计并研究了两种滤波器结构的滤波特性：圆弧形谐振腔MIM波导滤波器和两个一端封堵MIM波导组成的滤波器。对于前者,研究结果表明,在透射光谱中出现的透射峰是由SPPs在圆弧形谐振腔中的共振耦合所导致。此外,该结构具有滤波与分路的双重功能。对于后者,其研究结果表明,该波导结构表现了一个类滤波器行为,其透射光谱中的通带与阻带是由水平波导中反射回的SPPs与从竖直波导中耦合到水平波导中的SPPs发生相长干涉和相消干涉所产生。(4)我们采用FDTD算法设计并研究了能够提高单向SPPs产生器产生效率的结构。结果表明,由于银矩形块结构在增强型单向SPPs产生器中扮演了传输天线的作用,其产生效率相对于常规型单向SPP产生器有一定程度的提高。此外,通过改变银矩形块的长度、位置、纳米槽的深度、PVA薄膜的厚度可以调节产生效率的大小及其所对应的波长。