集成光子回路上最基本的器件就是全光二极管,若是能制造出可动态调制的光二极管,将对未来制备复杂的光子回路有重大意义。表面等离子体光学可以有效地突破衍射极限,在亚波长尺度下实现对电磁波的控制和约束,为制作纳米尺度的全光器件提供了理论依据。本文利用基于全矢量有限元法的COMSOL Multiphysics数值仿真软件,从结构创新和方法创新的角度设计了两种类型的全光二极管,并对其单向传输特性做了深入分析。提出一种镶嵌在磁光材料铋铁石榴石(Bismuth iron garnet,BIG)内的带电金属纳米线全光二极管并研究了该结构中表面等离子体激元(Surface Plasmon Polariton,SPP)的非对称激发特性。研究发现,带电纳米线产生的感应磁场可以打破结构两端SPP的对称性,改变电流方向时有效激发SPP的端面也随之改变。分析了存在不对称现象的波长范围,在此波长范围内,SPP在纳米线结构的高电势面被有效激发,同时,低电势面上SPP的激发被抑制。银纳米线在工作波长范围内可以得到6.7d B的最大消光比,金纳米线的单向激发特性更为稳定。这两种结构中金纳米线的SPP电场强度相对较弱,但是这种情况可以通过增加线内电流来改善,然而随着电流值增加,结构的非互易性不会发生改变。提出一种由纳米尺度银膜表面狭缝—凹槽结构构成的全光二极管,并在理论上评估了其异常透射特性。研究表明,在银的单缝薄膜结构中会出现透射增强的现象,其原理就是入射光和表面等离子体激元的耦合。刻有亚波长凹槽的单缝金属薄膜结构中,光的传输特性会随着凹槽位置的不同而发生变化,本文详细讨论了凹槽数量和存在的位置对单缝银膜结构单向导光特性的影响,得到一个在银膜上方刻蚀五对凹槽,下方刻蚀两对凹槽的最优结构。当入射光波长为780nm-1100nm时,入射光以高消光比通过器件,但是其正向透射率没有超过50%。对上述结构优化后,本文提出了一种双缝—多凹槽结构,可以得到高达90d B的消光比,对应的透射率对比度为10~9,且光源的正向透射率高达80%。此外,双缝结构中消光比大于20d B的波长范围有145nm。