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近十几年来,在金属-电介质界面激发的表面等离极化激元(Surface Plasmon Polaritons,SPP),因其高度局域特性能突破衍射极限且具有长程传播特性吸引了众多研究人员致力于此,并将其广泛应用在非线性光学、生物传感、集成光路芯片等诸多领域。由SPP明暗模式相干产生的法诺(Fano)共振现象作为其中的一个重要分支,因其品质因数(Q)高,波峰到波谷的距离小等特点,成为微纳光学中的一个热点问题,被深入研究并得到了长足发展。尤其是金属-电介质-金属(Metal-Dielectric-Metal,MDM)波导耦合谐振腔结构,因其布局方便、尺寸小、易于集成等优势,更适用于高度集成的光学回路中。本文皆是对MDM结构中SPP的传播模式及与不同谐振腔结构相互作用开展的理论基础研究,并针对具体应用需求进行了结构设计和性能优化分析。针对MDM结构折射率传感器多模式独立可调谐性差的问题,提出了一种独立调谐性非常强的多模式折射率传感器,通过选用合适的谐振腔体及耦合方式,在实现多个共振模式且独立调谐性强的同时,整个器件的设计尺寸只有1200×700nm,灵敏度最高可达1900nm/RIU,为多模式折射率传感器的实际应用奠定了理论基础。同时该器件具有慢光效应,透射率为0.43的情况下群折射率为16,在慢光领域也有不错的表现。整个结构的设计理念也能为慢光类器件设计提供一定的理论指导。针对MDM结构解复用器中输出功率固定不可直接配比各输出端口的问题,设计出一种基于E7液晶阵列和半圆盘谐振腔的能电控调谐输出功率比的解复用器。首先设计出性能较好的1×2(1310nm、1550nm)解复用器,通过对耦合模理论公式进行改写得到适合该结构的理论模型,将数值仿真结果与该模型对比,获得了拟合效果优异的回归曲线,验证了仿真结果的可靠性。然后通过将具有电控双折射特性的E7液晶阵列侧耦合到原解复用器输出波导上,实现了电控调谐输出功率比这一功能,电压变化范围为1-60V,相应输出功率比变化范围为1:30到20:1。其中外加电压为28.5V时,输出功率比为1:1,透射率为0.61;此时1310nm端口的品质因数Q为54.6,串扰值C为-20.7dB;1550nm端口的Q为36,C=-29.9dB,是一种性能较好的解复用器。电控调谐输出功率比这一功能的引入既能节省功率调制类中间器件、避免额外的插入损耗,又显著提高了解复用器的适配性和整个系统的灵活性。因此该器件在超小型片上等离子体系统和光子集成器件中具有较强的应用潜力。其中对侧耦合谐振腔阵列的讨论也能为之后MDM结构滤波器设计带来借鉴意义;引入液晶材料也能对未来相关器件实现光、电、温度等调控的设计提供新的思路。