表面等离子体激元是光波与金属中自由电子间相互耦合并集体震荡而产生的,其主要具有三个特性：亚波长；局域表面增强；异常色散关系。相关的研究工作都是针对表面等离子体的这三个特性而开展,其中亚波长可以突破传统光学器件的衍射极限(焦斑尺寸大于二分之一波长)限制,有希望实现微纳尺寸的光学集成器件。局域表面增强可以实现拉曼散射增强和检测,可以用来增强仪器设备的灵敏度并提高检测辨率。随着加工工艺的提高(几个纳米级别)和计算机控制技术的发展,基于金属表面等离子体激元的亚波长光子器件在数值模拟和实验两方面的研究日渐广泛,诸如可应用于实现纳米光刻、高分辨光学显微成像、生物医学研究和光学数据存储等。本文从麦克斯韦方程组出发,在光与金属的相互作用的基础上阐述了表面等离子体的基本特性,并通过等离子波的相位调制实现金属等离子体的定向激发增强、亚波长聚焦和相应的相位分布的优化设计。本文利用非周期光栅结构的金属聚焦透镜模型,结合金属狭缝宽度与深度与透射光相位之间的关系,计算出狭缝内表面等离子体激元的有效折射率与狭缝参数间的关系,利用相位调制实现表面等离子体波的定向激发,同时利用共振增强原理,在传统结构的入射端面上添加纳米天线结构,并在干涉相长的条件下增加狭缝通道数目,实现了定向激发的表面等离子体波的能量增强。该基于纳米天线的多通道高强度定向表面等离子体波激发装置结构简单,系统紧凑,并能够有效提高定向传播的表面等离子体波的能量密度和传播距离,其对微纳光学传输和高密度光学集成领域等方面的研究具有重要意义。其次,在现有微纳非周期光栅聚焦的基础上,利用相位调制原理优化设计出调节微纳聚焦的焦距和焦深的方法,通过改变金属狭缝的宽度,使其透射相位分布满足锥透镜的特性,并同时调整锥透镜的顶角,可实现不同焦深的调节。