摘要：随着表面等离子体共振技术以及纳米制造技术的不断进步和成熟,基于金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振场增强的研究已经成为当今世界的热门研究领域。近年来,基于局域表面等离子体共振场增强的纳米传感器,因其分子水平的空间分辨率,成为研究单分子动力学特别是活体细胞生命活动过程的工具之一。为了实现单分子水平的探测,纳米传感器的场增强应达到三个数量级。因此,设计有高场增强的金属纳米结构具有十分重要的现实意义。在本文中,通过优化单个纳米颗粒的几何结构,得出结论：金纳米球冠圆锥体能达到的场增强最大。本文主要研究内容如下：为了在个人电脑上进行仿真,本文比较了常用的数值计算方法,如时域有限差分法、有限元方法和矩量法,得出就本文所考虑的问题而言,矩量法占用资源少、速度快、精度高。将用Mie理论计算的结果和用矩量法计算的结果对比,得到矩量法的计算精度：除了外表面附近,场分布的相对误差低于1%。本文采用矩量法计算并比较了曲率半径为1nm的不同几何结构的金纳米颗粒表面最大场增强,得到球冠圆锥体的场增强因子最大——在可见光及近红外区,场增强因子可达2000倍,比曲率半径同为1nm的椭球体的最大表面场增强大2倍。通过分析锥体表面的表面等离子波的传输行为,发现入射波在锥体表面激励向顶部传输的汇聚波,该汇聚波导致了锥顶表面局域电场的进一步增强。本文得出在锥顶的曲率半径为1-5纳米的范围内,锥顶外表面最大场增强因子大致与锥顶曲率半径的负3/2次幂成正比。同时,得出使锥顶端外表面场增强因子最大时的球冠圆锥体的锥长L随波长的变化关系大致呈线性关系,服从￡=0.55484,λ-134.4(nm)关系,所以该球冠圆锥体可被视为半波天线。将金球冠圆锥体作为折射率传感器时,在波长λ=800nm处,其灵敏度可达513nm/RIU；在波长λ=1500nm处,其灵敏度可达811nm/RIU。它可作为活体细胞传感器,其可实时探测细胞的生命活动过程。并且,由于球冠圆锥体的非对称结构,其只有一个共振增强热点,其顶部的功率损耗密度比底部高近20000倍,这可应用于光热疗法,实现单个特定病变细胞的清除。