本文研究了基于表面等离激元(Surface Plasmon Polarizations,SPPs)的对称混合等离子波导、石墨烯调制器和SERS基底设计。较大的传播损耗限制了传统SPPs的发展及在各个领域中的应用,混合等离子波导(hybrid plasmonic waveguide,HPW)在实现高限制性的同时能够完成超远距离传输,近来得到科学界的广泛关注。本文中,我们设计了一种对称HPW,并对波导的传输特性进行了详尽的理论分析。石墨烯由于其优异的电光特性,例如与光的强相互作用、超宽的工作范围、超高的载流子迁移率和高透光率等特点而备受关注,基于石墨烯的电光调制如雨后春笋快速发展。我们利用混合等离子波导TE和TM模式分别位于不同区域,合理地设计了高性能TE石墨烯光学调制器,并通过调整脊宽度和低折射率层的高度来优化其性能,得到最佳的器件结构,进而对插入损耗、调制深度、带宽和品质因数等基本参数进行了全面分析。最后,对调制器的工作波长范围进行了完整分析。研究SPPs近场和远场行为是突破表面增强拉曼光谱(SERS)技术的关键。本文设计了三角阵列和纳米烟花两种结构,分析了不同激发波长、结构尺寸下的近场增强关系,发现基底的近场增强与激发波长、纳米颗粒间距变化十分密切。三角阵列和纳米烟花结构在特定激发波长下有极佳的增强效果,间隙区域得到很高的平均场增强。最后,对纳米烟花远场进行了分析,并进一步讨论了远场的能量汇聚能力。