由于具有独特的表面等离激元特性,金属微纳结构能够产生光异常透射、光增强吸收及光学手性等新颖的光学现象。光异常透射现象可以应用在滤波器、偏振器件和近场光学等领域,研究者探究了圆形及三角形纳米孔结构、纳米狭缝结构等的光学透射特性,但这些结构的透射光谱都表现出较窄的透射峰,限制了其在宽频滤波器中的应用;光的增强吸收对光伏电池、超级透镜和热成像等应用具有重要的研究价值,纳米棒阵列结构、金属/介质叠层结构及多层石墨烯结构等已被用于实现光吸收的增强,但是有关金属和石墨烯构成的复合结构在增强光吸收方面的研究还比较匮乏;光学手性在圆偏振器件、负折射材料和生物传感等领域有重要的应用,但自然界中生物分子的手性信号非常弱,因而研究者提出用手性金属微纳结构来增强其信号,例如双层希腊十字纳米结构、金属螺旋纳米结构及基于DNA组装的双螺旋结构等,但这些结构的制备存在方法复杂、费用昂贵等问题。针对以上问题,本文设计宽窄狭缝混合结构,获得了宽频光异常透射现象;设计金属-石墨烯复合结构,实现了结构的光学增强吸收;提出并通过简单的实验步骤制备不同手性微纳结构,获得了强圆二色（Circular Dichroism,CD）信号及其产生机理,并实现了对生物分子手性信号的增强。具体的工作如下:1、设计多层宽窄狭缝混合结构（金纳米宽窄狭缝-介质层-金膜-介质层-金纳米宽窄狭缝）,应用有限元法研究了该结构的透射特性。模拟结果发现,由于该结构形成了电共振和磁共振模式,且共振波长接近,从而在近红外光波段产生了宽频光异常透射现象。电流分布图表明,大量的电子聚集在结构窄缝处形成强烈的振荡,从而在窄缝处形成强局域电场。另外,结构各层的厚度、结构周期和狭缝形状都会影响透射特性。这些研究结果有助于理解光异常透射的产生机制,并且可指导设计需要强局域电场和宽带透射的光学器件。2、设计了三层纳米结构（银纳米颗粒-二氧化硅膜-银纳米颗粒）,并在该结构中覆盖一层石墨烯实现了对光吸收的增强。在实验上应用倾斜角沉积技术制备了三层纳米结构,后将利用湿法转移的单层石墨烯覆盖在该结构上。复合结构的吸收光谱表明,石墨烯的覆盖导致了该复合结构在可见光范围内光吸收得到了增强。其归一化电场分布说明,由于石墨烯与纳米粒子的等离激元之间的相互耦合作用,使得石墨烯产生了强局域电场,从而增加了复合结构的光吸收。另外,纳米粒子的大小和二氧化硅膜的厚度都可影响石墨烯与纳米粒子的耦合作用,从而影响光吸收强度。该结果可以帮助对复合石墨烯-纳米结构中光-物质相互作用机理的理解。3、设计了由三个相互垂直纳米棒构成的扭曲Z形微纳结构,应用有限元法研究了该结构的CD效应。模拟吸收光谱显示,同一波长处,该结构在左旋圆偏振光下是波谷而在右旋圆偏振光是波峰,其CD信号值接近88%。由于在右旋偏振光下强有效的电流分布在顶部和底部的纳米棒中,因此产生了反绑定模式从而形成波峰;而在左旋偏振光下结构中形成的亮反绑定模式和暗绑定模式之间产生了相消干涉从而形成波谷。CD的强度和波长还可以通过纳米棒的长度和它们的间隙来调控。该研究可以指导具有强CD信号的手性微纳结构的设计。4、提出了一种设计手性微纳结构用以实现CD的方法。基于传输矩阵法,在不同微纳结构中有选择地控制某个线偏振透射来实现CD响应。由于三层微纳结构中存在相邻层的近场耦合,推导出了可以说明耦合状态与相邻层相对位置有关的耦合矩阵。通过对不同微纳结构的透射矩阵推导及相关结构阵列的CD数值模拟,结果发现模拟CD信号的拟合函数与基于矩阵推导的理论公式相吻合。对于有相对偏移的多层结构,在透射矩阵中加入耦合矩阵是获得CD的必要条件。本章提出的方法能为预测结构CD光谱提供可靠的帮助。5、设计了由两个金属边构成的L形微纳结构,通过在一个金属边加入介质层实现了对CD信号的增强。在实验上应用倾斜角沉积技术在自组装小球模板上制备了 L形微纳结构,然后将二氧化硅层沉积在L形结构的一个边上。实验结果发现,在结构的一边加入二氧化硅可以增强结构的CD信号,并且二氧化硅层的厚度越大其CD信号越强。模拟电荷分布图表明,在结构的部分金属中加入介质层,结构的交叉电偶极子会产生增大的光学相位差,从而实现增强CD。这些发现有助于更好地理解CD产生的物理机理。6、设计了由三个不同高度纳米壳构成的手性锥壳微纳结构,研究了该结构的CD效应。在实验上通过改变倾斜角沉积的入射角和取向角,在非手性锥形纳米孔-阳极氧化铝模板制备了该手性微纳结构。实验和计算结果表明随着纳米壳的高度差和纳米孔周期的增加,CD信号增强了。由于三个纳米壳表面上的螺旋状电子振荡特性,结构的不对称因子高达0.45,手性近场增强达到155倍。使用该结构检测手性分子,手性信号增强了大约两个数量级。本章为制备具有可调CD响应的手性微纳结构提供了一种简明的、大面积的方法,并为生物分子的灵敏检测提供了一种有效而便捷的思路。