信息时代的发展需求更高效率的信息与能量载体。相比于电子，光子因其具有传播速度快，能耗低，抗干扰能力强，携带信息安全，可以储存更高的信息容量等优点，使其成为新型信息载体的首选。光子学便应运而生。目前，光子器件已崭露头角，可以预见其在不久的将来必将发挥着越来越重要的作用。　　信息技术的发展对单个器件尺寸的要求越来越小。在光子器件向小型化和集成化迈进的过程中，衍射极限的存在使传统光子器件的尺寸远大于工作波长，成为制约光学发展的最大因素。因此，如何突破衍射极限将光限制在亚波长尺寸上进行调控，便成为了现代光子学研究的一个热点。　　表面等离子体因其能突破衍射极限而将光子器件缩减至亚波长尺寸，吸引了人们越来越多的关注。金属微纳结构能有效激发和控制表面等离子体，进而在亚波长尺寸实现与之相关的光学现象。通过对金属微纳结构的设计，人们可以根据需要将这些光学现象‘编辑’成具备不同特性和功能的光子器件，从而满足现代光学技术发展的要求。在本论文中，我们主要采用时域有限差分算法，计算和分析了不同金属微纳结构的光学现象及相关应用。具体研究成果如下：　　(1)结合电磁场边界条件以及电子的微观运动规律，对由亮、亮模耦合构成的超表面结构进行了理论建模。该模型可以方便地用来分析较薄体系的散射参数，进而确定体系的其它物理参量，如介电常数、耦合强度等。为了验证模型的有效性，我们设计了相互平行且错开放置的两个金属棒阵列结构。结果表明：体系的物理参数能够通过理论模型得到很好的反映，证实了该理论模型的有效性和合理性。随后通过对理论模型的研究还揭示了亮、亮模耦合体系下产生表面等离子体型电磁诱导透明和慢光效应的物理机制在于亮模电导率之间的相互作用。此外，对其它亮、亮模耦合结构散射参数的分析则证实了该理论模型的普适性。需要指出的是，该理论模型还可用于分析亮、亮模耦合系统下的其它光学现象，如相干完美吸收以及Fano共振等。　　(2)基于对所建立亮、亮模耦合谐振子模型的分析，设计了工作波长在1552.8 nm、半高宽约为15 nm的相干完美吸收体。并在此基础上给出了亮、亮模耦合系统下实现相干完美吸收的设计思路：亮模间的频率失谐对该系统下相干完美吸收的实现起着极为重要的作用；而亮模间的耦合强度以及结构周期大小可用来将相干完美吸收位置微调至所需波长处；除此之外，损耗则可以用来调控相干吸收谱线的性能。　　(3)根据金属微纳结构间的耦合可以产生较窄Fano共振谱线的思路，设计了一个具有对称结构的折射率型传感器。该传感器是由一个居于中间的‘工’字型金属结构和两个分别居于其两侧的金属纳米棒构成。在该结构中，体系的亮模来自两金属纳米棒的偶极共振模式，而体系的暗模则来自于由‘工’字型结构和金属棒所构成环形结构的磁偶极表面等离子体共振模式。两者耦合，产生Fano共振现象。数据仿真证实，该Fano共振可实现的传感灵敏度最大可达1543 nm/RIU。当结构的对称性被破坏时，散射谱展示出的双Fano共振线型同样也可实现较高的传感性能。有趣的是，该结构下的Fano共振现象也可根据我们所建立的理论模型进行解释。　　(4)设计了正入射条件下偏振无关的窄带完美吸收体（在928.3 nm处吸收率超过98.6％而谱线宽度小于8 nm）。该光学器件的单元结构是由上层的方形环金属结构和下层具有方形沟槽结构的金属薄膜构成，两者之间通过一定厚度的间隔层分开，以石英作为整个结构的衬底。分析表明：该窄带完美吸收现象来自于下层金属结构中两个共振波长接近的磁共振亮模与上层金属结构的电共振暗模之间的近场和相位耦合。因为磁共振模式具有较小的损耗，因此可以形成较窄的吸收谱线。该设计思路和方案可为在可见光及近红外波段设计谱线宽度更窄的光子器件提供参考。