光与物质的相互作用是物理学中一个永恒的研究课题，它对于基础科学的纵深发展及其广泛应用具有重要意义。依据光对物质作用强度和效果的不同，我们可将其大致分为两类：弱光照射情况（其结果是导致光波特性发生改变）和强光照射情况（其结果是导致物质内部结构及其物理性能发生改变）。本论文第一部分的理论模拟研究工作属于弱光作用情况，其着重研究非对称金属纳米双缝结构对光波的传输特性；第二部分的实验研究工作属于强光作用情况，其重点研究双束飞秒激光在单晶铜表面诱导形成周期条纹结构的超快动力学过程。　　1998年Ebbsen在《Nature》期刊上发表的关于“亚波长金属圆孔阵列结构的光学增强透射现象”的报道引起了人们对亚波长金属阵列结构光学特性的极大和广泛研究。在已有的大多数文献报道中，金属狭缝或孔阵列结构中相邻单元之间的隔层厚度一般为几个波长量级，因此单元之间的电磁场相互作用需借助入射和出射面上激发的SPP波来实现，而对在中间金属隔层厚度变为更薄的情况研究较少。本文首先利用时域有限差分方法（FDTD）理论研究了非对称金属纳米双缝结构在超薄金属隔层（厚度约为半个波长）时对光波的异常透射特性，首次发现其透射谱中两个透射峰值和一个明显透射凹陷的新现象。两个共振峰波长相对于单缝情况分别发生了蓝移和红移，而在透射凹陷处的光谱抑制现象随着金属隔层厚度的增加而逐渐衰退。分析表明上述现象与双缝中SPP波导模式之间的交叉（杂化）耦合紧密相关，两者作用可以形成对称或者反对称表面等离子体（Surface Plasmon Polaritons-SPP）波杂化模式，它们分别对应透射峰和透射抑制现象。不仅如此，我们还提出了一个SPP干涉模型用于定量解释其中的SPP杂化耦合效应，其中最终形成的SPP杂化模式类型取决于双缝中SPP波在耦合前的初始相位差。研究表明在SPP交叉耦合作用下，金属纳米双缝结构具有空间色散分光功能，为纳米光学提供了一个新的潜在应用前景。　　随后，我们研究了狭缝结构几何参数对其光学透射特性的影响。其中双缝结构透射谱的极值波长位置与狭缝长度呈线性变化关系，狭缝数目的增加只会引起透射谱峰强度的增加，空间周期性排布会在入射和出射界面上引入了SPP波共振效应，从而造成对透射谱形状的调制。该研究结果为设计和研制功能性纳米光子器件提供了新途径。　　另一方面，与长脉冲激光相比，飞秒激光的超短脉冲持续时间和超高峰值功率特性使其在对金属、半导体和透明介质等材料的微纳加工方面具有明显优势，且已成为目前微纳加工技术领域的一个重要研究方向。尽管如此，但时至今日人们对飞秒激光在材料表面诱导形成周期性微结构的物理过程仍然缺乏比较全面和深刻的认识。本文第二部分的内容试图针对这一问题开展深入创新研究。　　其中，我们首先研究了双束飞秒激光在不同偏振夹角情况下同时照射单晶铜表面诱导产生周期性条纹结构的形貌特性。实验结果表明此时条纹倾斜角为两个偏振方向夹角的一半。当双束飞秒激光之间的时间延迟增加时，实验测得条纹倾斜角度开始出现周期性振荡行为，当时间延迟大于12ps时，条纹倾斜角的周期振荡变化消失，它随时间延迟的增大呈指数形式衰减。另外，条纹倾斜角的振荡幅度随偏振夹角减小而减弱，并且入射激光脉冲宽度的增加将会导致条纹倾斜角的振荡频率和振荡幅值均减小。理论分析认为条纹倾斜角的周期性振荡行为与飞秒激光在金属表层诱导的声学声子和晶格硬化现象有关。该实验提供了一种诊断记录飞秒激光与靶材作用超快动力学过程的新方法，为有效控制飞秒激光与物质作用的瞬态物理过程来实现新型纳米结构制备提供了新思路。