微纳光子学是一门研究在微纳尺度下光与物质的相互作用规律,及其在光的产生、传输、调控、探测和传感等方面的学科。本论文针对微纳光子学中的两种器件:集成金属纳米天线和超导纳米线单光子探测器的腔体结构进行了性能研究和结构设计。重点开展了以下几个方面的工作:首先,分析了表面等离激元的相关原理和产生机制,介绍了对球状纳米颗粒适用的局域表面等离子体共振理论,对于其他几何形状的纳米颗粒,介绍了离散偶极子近似和时域有限差分两种数值仿真方法。分析了波导衰逝波,根据波导光谱学理论,得到集成金属纳米天线的局域表面等离子体共振消光光谱。其次,使用仿真软件FDTD Solutions对集成交叉领结纳米天线的光学特性进行讨论。分析了集成水平领结纳米天线的偶极等离子体共振及其灵敏度特性,分析了集成垂直领结纳米天线的最大局域场增强特性,分析得出了集成交叉领结纳米天线的可调偶极等离子体共振波长和可调最大局域场增强的结论,分析了共振波长的灵敏度,并考虑了加工误差对集成纳米天线可调性能的影响。接着,介绍了超导纳米线单光子探测器。介绍了超导纳米线的蜿蜒曲折几何结构、工作过程和器件材料,分析了超导纳米线单光子探测器的性能指标以及它们之间相互制约的关系,详细描述了超导纳米线单光子探测器系统集成方案的三个模块:单光子探测模块、电气模块和光学模块。最后,设计了简化布拉格反射镜:6个周期的布拉格反射镜与单层金属薄膜层构成的腔体结构,来增强超导纳米线Nb N的吸收效率,分析了Nb N结构对超导纳米线单光子探测器吸收效率和偏振消光比的影响,确定了最优的Nb N结构:宽度75nm、厚度8nm、周期125nm,并且通过引入高折射率Si介质薄膜,大大降低了超导纳米线单光子探测器的偏振消光比。