表面等离激元（Surface Plasmon）是金属中自由电子和电磁场相互作用形成的电磁模,能突破衍射极限,将电磁场束缚在金属表面附近的纳米尺度范围内,为在纳米尺度中操纵和控制电磁波提供了重要的手段,在诸多领域具有广泛的应用,包括自发辐射、新型集成光电子器件、高灵敏生物检测和新型光源等。为增强局域场,各种共振和非共振金属纳米结构被广泛采用,其中,利用“避雷针效应”,在金属表面引入原子尺度凸起,已成为研究前沿。本文主要研究贵金属表面纳米尺度凸起结构对自发辐射增强特性的影响以及相关理论方法。具体内容如下:第一章,主要介绍表面等离激元纳米结构中原子自发辐射的理论及数值仿真方法。包括金属的局域光响应模型（LRA）、非局域流体动力学模型（HDM）、广义非局域光响应模型（GNOR）以及量子流体动力学模型（QHT）,重点介绍光子并矢格林函数全波仿真方法和和准正则模式方法。第二章,基于LRA、HDM、GNOR、QHT四种光响应模型,研究截面金球中不同尺寸的圆锥和圆台形凸起对自发辐射增强特性的影响。结果表明:对自发辐射增强谱,相比于LRA,非局域HDM和GNOR峰位均蓝移,峰值急剧降低,而QHT峰位红移,峰值未发生显著变化;圆锥和圆台增高,自发辐射增强谱的峰值增大;相比于锥形凸起结构,圆台形凸起结构中的自发辐射增强峰值较大;随台面半径减小,QHT中的自发辐射增强谱峰值增大,而HDM和GNOR中的峰值减小。第三章,分别采用LRA、HDM、GNOR三种光响应模型,研究纳米球二聚体的尺寸、间隙大小、凸起结构尺寸等对间隙中心处原子的自发辐射增强特性的影响。结果表明:二聚体间隙厚度对自发辐射增强影响巨大,越小的间隙距离,增强效应越明显;当间隙距离较小时,凸起结构能有效的增大原子自发辐射率;相比于无凸起结构,双凸起结构中,LRA下增大20多倍,而在HDM和GNOR非局域响应下,约增大5倍;当间隙距离较大时（3 nm）,凸起结构导致的增强效应不明显。第四章,微纳结构中原子的自发辐射率可用光子并矢格林函数表达,快速准确计算金属纳米结构中的光子并矢格林函数具有重要的意义。本章发展了一套金属纳米结构中准正则模数值仿真平台,可快速获得不同位置和跃迁频率下光子并矢格林函数。结果表明,局域和非局域光响应模型下,对于单球、双球二聚体以及含凸起的二聚体结构中,该方法给出的自发辐射增强谱与全波仿真结果一致,当量子点到金属表面的距离相等时,相比于单球,二聚体中低阶模式处的自发辐射增强大。第五章,纳米尺度贵金属不仅存在非局域、电子溢出、界面散射等量子尺度效应,其壳层电子还存在带间跃迁和屏蔽效应。本章发展了一套贵金属纳米结构中表面等离激元的量子流体动力学仿真方法。以实验数据和TD-DFT结果作为参照,系统研究界面无离子极化厚度对基态电荷密度以及共振频率的影响,研究金属-介质界面处的局域环境对表面等离激元共振的影响,获得准确仿真贵金属纳米颗粒表面等离激元共振频率所需的相关参数。第六章,对本论文做简要总结和展望。