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表面等离子体激元(Surface plasmon polaritons,SPPs)是在同频率下相互作用,在分界面引起的电磁振荡。SPPs具有近场增强、亚波长局域和聚焦、超分辨成像等特点,这些特性在高灵敏度传感,亚波长波导,光学显微镜,纳米光刻,超材料等领域有广泛的应用前景。随着SPPs理论研究的不断深入和微纳米加工技术的进步,SPPs在集成光学,化学及生物领域有着举足轻重的地位。当前,SPPs理论已经成为光子学中最具有研究价值的理论之一。本文主要是以表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)的原理来进行相关光学器件的设计,提出了两种新的SPR器件模型,运用全矢量有限元法(Finite Element Method,FEM)和严格耦合波分析方法(Rigorous Coupled Wave Analysis,RCWA)对器件的相关特征进行了仿真分析与研究。提出的两种光学器件为:基于表面等离子体共振的光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber)偏振分束器,以及基于表面等离子体共振光栅型的石墨烯传感器(Sensor)。本文的研究内容包括:1.文章首先对SPPs的发展状况,基本性质进行了简单介绍,为设计和仿真分析基于SPR技术的相关器件提供了研究背景和理论方法的综述。同时还介绍了基于PCF-SPR的相关概述以及基于SPR传感器的相关概述。2.罗列了几种常见的数值研究方法,并重点介绍本文运用的FEM的基本原理以及基于光栅耦合激发出SPR现象的RCWA法。分别介绍了基于PCF结构中产生SPPs的原理以及基于光栅型SPR传感器的原理。3.以PCF为研究对象,将PCF和SPR技术相结合,提出了一种工作在光通信频段,基于金线填充的双芯PCF-SPR偏振分束器。仿真得到不同波长下PCF双芯中的有效折射率值,进而计算得到偏振分束器的耦合长度,消光比,以及消光比低于-20dB的带宽。4.设计了基于光栅型的SPR石墨烯传感器模型,并运用FEM和RCWA法研究了传感器的灵敏度和综合性能。重点仿真了该传感器在中红外波段对气体和液体样本折射率的检测,并对光栅周期,占空比等进行了分析;进一步分析了石墨烯费米能级对传感器反射曲线,折射率灵敏度以及品质因子的影响。