表面等离激元(Surface Plasmon Polariton，SPP)作为纳米光学与材料科学交叉学科的研究热点，可以通过金属纳米结构实现光学操控，从而可能应用于纳米尺度光电器件的研发。本论文利用扫描近场光学显微术(Scanning near-fieldoptical microscopy, SNOM)以及电磁场数值模拟的手段，对表面等离激元(Surfaceplasmon polaritons，SPP)金属纳米结构的亚波长尺度的波导、突破衍射极限的聚焦，以及微区偏振调制等光学效应极其相关的纳米光学器件进行了研究。主要创新点如下:　　1.在表面等离激元波导方面我们分别研究了三种类型的波导性质:　　1)基于沟槽等离激元(Channel plasmon polaritons，CPP)的金属型波导。表面等离激元波导的激发是表面等离激元波导应用的重要环节，因此提高激发效率有重要的意义。针对基于沟槽等离激元的金属型表面等离激元波导中沟槽等离激元激发效率低的问题，我们提出了在沟槽等离激元沟槽两侧加入周期性条纹来实现沟槽等离激元激发增强的方案，并在实验上实现了沟槽等离激元的增强激发。我们用FIB（聚焦离子束刻蚀）的方法制备了在银膜表面上以周期性方形条纹阵列结构作为增强机制的沟槽等离激元波导。在实验上通过SNOM扫描探测到了银膜表面沟槽等离激元波导的激发增强。在FDTD模拟上，我们通过结构优化得到了约4倍的沟槽等离激元激发增强。同时，用FDTD模拟分析了周期性方形沟槽结构对沟槽等离激元波导的激发增强的物理机制，即周期性方形沟槽结构激发了金属表面的表面等离激元，再由表面等离激元耦合成沟槽等离激元，从而实现沟槽等离激元增强，对类似增强效应提供了理论依据。　　2)对于基于半导体纳米线的表面等离激元波导，半导体纳米线本身的光学性质将受到表面等离激元的调制，这一特性使得半导体型表面等离激元波导具有更多的应用，如作为有滤波作用的表面等离激元波导。我们研究了表面等离激元对具有双发光带的CdS纳米带的荧光性质的调制。在实验上观察到，在表面等离激元调制下，CdS纳米带的荧光光谱本征峰峰位出现约30 meV的明显红移，且其荧光强度受到了抑制。由缺陷引起的荧光光强呈现出非线性增强效应。我们通过理论分析认为，由于衬底银膜表面上的银颗粒的局域表面等离激元的增强电场造成CdS纳米带能带结构的倾斜，使能隙减小，并使电子空穴对在空间上分离。继而造成了相应的荧光光谱变化。CdS纳米带的双发光峰分别受抑制和增强的鲜明对比，将使基于双发光带的CdS纳米带的介质加载的表面等离激元波导可能应用于具有滤波功能的表面等离激元波导。　　3)我们提出了一种新型的基于局域等离激元的U-反U结构链的表面等离激元波导形式。理论模拟分析显示，U-反U波导可以同时实现波导高局域性和较低传播损耗。同时，我们发现U-反U波导在大角度弯曲时仍能有效传播，且波导和波导之间有高效的耦合，为集成光电器件的设计和发展提出了新的构想。通过消光光谱分析和波导传播模式的对比，我们发现U-反U波导的传播模式是由在U结构内的局域等离激元共振模式在U与反U结构之间的耦合来实现能量传输的。通过局域等离激元模式的电磁场分布特点，波导传播模式的局域等离激元共振在U结构内为偶极子共振的模式，通过在U与反U结构之间交叉耦合来实现传播。这种新型的表面等离激元波导独特的交叉耦合共振模式也为我们研制表面等离激元波导提供了新的设计思路。　　2.在纳米金属光学器件方面，我们设计了等离激元波带片。实验上，我们发现金膜纳米孔阵列结构超透射现象中透射光偏振方向会发生改变。透射光偏振偏转角度最大有30°左右。偏振偏转幅度大小与入射光偏振方向、方形孔的长宽比以及在x，y方向的周期有关。FDTD模拟和理论分析显示，超透射过程中偏振偏转效应是由不同的表面等离激元模式（包括传播的表面等离激元模式和孔内局域的表面等离激元模式）在x，y两个方向上的不同透射率导致的。利用简单的理论模型，我们计算了不同入射偏振角度下的透射偏振角度，得到解析的表达式。超透射偏振偏转效应发生在不同的表面等离激元模式共振下，可实现多波长的偏振调节。对微区偏振器件的研发有重要意义。　　3.利用纳米微结构实现对表面等离激元的聚焦是当前纳米光学研究和发展的基础课题之一。我们系统地研究了圆偏振光入射下，金膜上阿基米德螺旋形缝结构的平面内表面等离激元聚焦的条件。发现只有在入射光与螺旋形结构手性相反，且入射波长与螺旋形结构螺距相等时才能实现表面等离激元的聚焦。同时在理论上给出了不同螺旋形结构内表面等离激元的电场和相位分布情况。其中电场分布为满足隐逝波的贝塞尔函数分布的漩涡形电场。而相位分布的拓扑值为入射光手性和结构有效手性之和。这些结果对表面等离激元聚焦结构的设计具有指导意义。为了得到更强的聚焦点强度，我们设计了在螺旋形结构中加入领结型天线结构做为增强聚焦机制的方案，得到近10倍的聚焦增强。