表面等离激元极化子（surface plasmon polaritons，SPPs）是一种存在于金属和电介质界面处的电磁波模式。电磁波与金属中自由电子的强烈相互作用使得电磁波的能量主要被局域在界面处的亚波长尺度内，并且能极大地增强光和物质的相互作用。表面等离激元的这些特点使得它在小尺度光学元件、高灵敏度传感器以及光子集成等方向具有极大的应用前景。那么如何合理地设计金属微纳结构来对表面等离激元进行有效的调控将是实现各种应用的关键。　　传统的光学全息技术通过波前记录和波前再现的方法，能再现原物光波的相位和振幅信息。这一富于启发性的技术被广泛应用于全息照相、光学精密测量、光学全息器件以及全息存储等领域，在波前调控领域占有非常重要的位置。　　结合SPPs的特点以及光学全息的波前重构的概念，本论文提出了一种利用金属表面结构有效地对表面电磁波在菲涅耳衍射区内进行波前调控的方法，称之为表面电磁波全息术（简称表面波全息术）。该方法首先利用计算模拟的方法产生表面波全息图，有效地避免了逆问题求解的复杂性;然后利用微纳加工的办法直接在金属薄膜上将全息结构加工成型，避免了光学曝光的复杂程序。该方法从设计到制作上都允许设计者进行修改，因而可以满足多种复杂的输入条件和输出要求。同时，该方法并不局限于表面等离激元体系，适用范围从微波频率一直延伸到可见光频率。　　论文主要包括了以下几方面的内容:　　1.表面波全息术的主要操作步骤　　首先，利用计算机数值模拟或者解析求解的方法得到物光波和表面参考光波的相位信息;然后将得到的相位信息进行叠加，得出干涉图样，并将图形转移到金属表面，在干涉极大的地方刻上凹槽;对于这样的样品，当系统在相同的激发方式下产生表面参考光波时，就能获得物光波的重构像。　　2.表面波全息术的科学意义和应用价值　　首先将表面电磁波方法应用到电磁波功能器件的设计上，讨论了两种凹槽轨迹可以用解析方程表达的情况。通过在金属薄膜上的亚波长透光孔周围刻上一系列精确设定的椭圆凹槽，可以将电磁波能量聚焦到三维空间中的任意一点，或者使其沿三维空间中的任意立体角准直发射。在微波波段的实验很好地验证了这一方法的有效性。　　另外，表面波全息方法在光学的基本问题上也提供了新的思考角度。光波通过一个小孔的行为是光学中非常古老而基础的问题。通过在金属薄膜上的亚波长透光孔周围依据表面波全息方法刻上一系列凹槽，可以使得通过小孔的光波在金属薄膜表面上的任意给定位置形成给定的复杂图案。在实验上，演示了1064nm的激光在通过银膜上一个半径为180nm的小孔后在银膜表面设定高度处形成了字幕“L”和字母“O”的形状。我们的研究结果为这一古老的光学问题注入了新的内容。　　接着，进一步研究了表面波全息方法在复杂系统的适用性。对于输入表面波具有复杂分布的情况，表面波全息方法依然能够依据需要的功能给出特定的结构。在展示了632nm的激光通过银膜上一个11×0.12μm2的狭缝后被聚焦到银膜上约7μm处的指定点，以及激光通过一个3×0.12μm2的矩形孔后被聚焦到指定点的实验结果，表明表面波全息方法在各种复杂的输入输出条件下都有很好的适用性。　　3.表面波全息术的理论分析　　为了进一步理解和发展表面波全息技术，在标量衍射理论的框架下给出了表面波全息的解析理论。在傅立叶空间中讨论了表明波全息的成像细节，通过与传统全息的对比说明了表面波全息的科学创新性、成像特点以及其局限性，并且探讨了其在科学上的启发意义。