基于光学天线调控的光辐射及其应用是微纳光学研究的热点之一。光学天线可以对光场进行高效地耦合与高度地局域化,是一种实现自由空间传播光场和局域光场之间高效转换的纳米结构,是连接两者之间的桥梁。由于光学天线具有很高的局域场增强和很好的方向性等特点,利用光学天线可以实现局域量子点发光的高效定向辐射。因此光学天线在电磁能量耦合、转化以及相干控制的过程中可以起到至关重要的调控与放大作用,在超灵敏单分子探测、局域激射(单光子源)、纳光电子集成芯片、量子调控等方面都具有很重要的应用。本论文围绕光学天线调控增强发光的基本物理过程,研究了光学天线调控的自发辐射增强效应、辐射效率、方向性,以及光学天线结构中的磁模式、非局域效应对其辐射调控的影响。本论文的主要研究工作如下：1.基于多球并矢格林函数的解析算法,分析了偶极子光源与金属-介质复合光学天线的相互作用过程。引入辐射增强因子来综合考察光学天线调控的自发辐射增强与辐射效率。进而设计了由银纳米球与介质纳米球组成的金属-介质复合光学天线,实现了宽谱的高Purcell因子与高效辐射。2.研究了贴片光学天线结构中的模式特性及其光辐射调控。构造了银纳米球与双曲超材料多层膜耦合的贴片光学天线。通过调节银纳米球的大小以及多层膜中银膜与硅膜的厚度比例,增强了双曲超材料中体模式的激发。引入磁模式来增加光学天线对光辐射的调控途径,设计了支持多种间隔层模式(gap mode)的银纳米长方体贴片光学天线,利用非对称电偶极子激发该光学天线的电模式与磁模式共振耦合,实现了贴片光学天线调控的单向辐射。3.基于局域近似模型,以银纳米长方体组成的二聚体光学天线为例,研究了间隔层中的非局域效应。分析了在电偶极子与磁偶极子的不同激发方式下,不同间隔层参数(厚度、折射率)下非局域效应对光学天线调控的辐射特性的影响。讨论了非局域效应引入后,光学天线对自发辐射增强调控的强度与共振谱的变化。本论文的创新点和特色：1.通过引入金属-介质复合光学天线结构,以解决金属结构光学天线损耗高,介质结构光学天线自发辐射增强低的矛盾问题,设计优化金属-介质复合光学天线的结构参数,实现了宽谱的高效率高增强辐射。2.引入磁模式,设计了银纳米长方体贴片光学天线。采用非对称的激发方式,通过调节银纳米长方体的尺寸结构,使得电模式与磁模式共振耦合,实现了面内的单向辐射。3.在具有极小间隔层的光学天线结构中,引入非局域效应的影响。研究了电偶极子和磁偶极子激发下,间隔层中的非局域效应。对比分析了不同间隔层参数(厚度、折射率)下非局域效应对光学天线调控的辐射特性的影响。