表面等离激元光子学是近年来研究领域一个新兴的学科方向。表面等离激元对光具有无与伦比的聚集能力,这给人们提供了一种在纳米尺度来引导和动态操控光的能量及信息的一种手段。在信息技术领域,表面等离极化激元(SPP)既具有电子器件的微小尺寸,又能实现光子器件的高效的处理速度,被认为是突破电子器件发展瓶颈的一种很有希望的载体。本论文对SPP芯片操作需要的一些物理原理及可能器件进行了研究,提出了一些新的操作方法,并在SPP体系实现了一些新颖、有用的功能和操作。主要成果有：1.将传统光学的衍射理论拓展至二维的SPP体系,系统研究了SPP传播受微纳结构阵列调控的衍射性质,发现并验证了在非完美布拉格匹配条件下SPP的衍射规律,并将其推广到非周期的阵列中,提出一种新的任意调控波的相位的方法,为SPP等二维体系的面内调控奠定了基础。2.利用这种相位调控方法,首次通过完全的面内过程实现了SPP的Airy光束,它具有不衍射、自弯曲、自修复等独特的性质,同时对SPP传播的衰减问题有一定的补偿作用。3.接着,我们设计并实现了对称的相位分布,得到了一系列准直的SPP光束;并提出一种通过相位来调控光束的强度分布的方法,实现了强度分布可控的SPP准直光束,比如强度不变的、指数增加的光束等；进一步的,将这种方法拓展到任意的非单调光束上面。这些弯曲的、准直的,甚至非单调的光束类似于无结构限制的波导,可以在二维平面内任意的引导、调控光场能量的分布,这对降低SPP波导的限制以及弯折造成的损耗很有帮助,对于光学集成、微纳操纵等具有很好的促进作用。4.同时,我们也实现了宽带的SPP的聚焦,在针对可见光波长设计的聚焦结构下,聚焦带宽大约为1OOnm。不同的波长的SPP被聚焦在不同的位置,可以实现波分复用的解码器的功能,其分辨率可以达到12nm。这种相位调控方法也可以从平面波源的SPP入射推广到点源等其它形式的SPP入射的情况,实现各种调控效果,也表明这种相位调控的方法和思路具有普适的意义。5.随后,我们将面内的相位调控方法拓展到对空间光场的调控上面,利用对SPP的调控,实现了远场的轨道角动量光束;同时,可以集成的调控光束的径向相位分布,得到不衍射的、聚焦的、离轴出射的轨道角动量光束；并进一步集成实现分束的轨道角动量光束,分开的光束可以具有不同的轨道角动量量子数,这种产生并灵活集成的调控方式对轨道角动量光束的研究和应用都有一定的促进。6.基于SPP的横场和纵场在微纳结构的作用下不同的散射情况,提出了偏振态重构及提取的模型,通过正交传播的SPP的散射,可以得到具有各种偏振态的光场。这些光场可以通过丰富的偏振检测方式来进行动态检测和调控。我们对这种模型进行了实验验证,并利用这种模型实现了可以利用偏振动态选择的平面波发射、Airy光束、聚焦等光束,表明了这种模型的作用。进一步的,借助于空间的复用,可以同时将多种偏振态提取出来,并构成需要的光束,我们得到了同时具有八种不同偏振态的聚焦光束。更重要的是,这种模型与常见调控方式(如耦合、共振等)可以兼容,因此是一个新的调控维度,我们也利用它实现了2×2的信息编码,这对增加信息的负载和编码能力具有重要的意义。