金属之所以被看成常温下的等离子体是由于可将其视为金属离子和自由电子组成。在外场的激发下,贵金属的表面等离激元由于产生许多独特的光学性质(近场增强和Fano效应等)而被应用于科学研究中的诸多领域,比如生物医学传感领域、表面光谱学以及Fano干涉仪。表面等离激元共振模式的激发与纳米粒子的形貌和尺寸有关,通过改变纳米粒子的几何参数和破坏结构的对称性可以调制等离激元共振的频移和激发新的模式,鉴于此,科研工作者设计出各种各样的纳米结构并在工程技术方面得到了很好的利用,如纳米环结构、纳米盘结构、纳米球结构以及由这些基本单元组成的多聚体结构和复合纳米粒子结构。本文基于目前表面等离激元光子学的研究所取得的成果以及其在磁Fano研究方向所存在的不足,我们提出了两个贵金属纳米结构分别为方形劈裂环/方形环纳米结构和由劈裂方环组成的二聚体纳米结构,并通过理论分析和数值模拟对其消光特性进行了分析。本文分成三个部分来讨论:第一部分主要介绍了用于研究微纳结构光学特性的数值计算方法,第二部分介绍了方形劈裂环/方形环复合纳米结构的光学性质,第三部分介绍了方形劈裂环二聚体的光学性质。第一部分:三种数值计算方法本章主要介绍三种数值计算方法,包括有限元法,时域有限差分法,离散偶极近似法。按照数值计算方法的发展历程逐一介绍了其原理,基于每种方法的模拟软件及特点。本文主要应用基于有限元法的COMSOL Multiphysics软件进行仿真模拟,因此对其做了详细的介绍,而对后两种方法只做了简要的概括。第二部分:方形劈裂环/方形环纳米结构的光学性质本章我们设计了方形劈裂环/方形环复合结构并研究了其光学性质,基于环和球的拓扑性质不同,此复合纳米结构显示出丰富的光学特性。计算结果显示,纳米结构的消光谱出现多个共振模式,从对应的电荷分布可以看出内外环的模式发生杂化,通过改变结构的几何参数可以调节共振模式的位置及谱宽。与此同时消光谱也出现不对称的Fano线型,通过调节参数和破坏结构的对称性可以对Fano共振进行调控。另外,结构的局域近场增强和对周围环境的介质敏感度也相当高,因此具有潜在的应用价值第三部分:方形劈裂环二聚体结构的光学性质本章我们设计了由单个纳米粒子组成的二聚体结构,与单劈裂环相比,二聚体具有更高的调控型。从同源二聚体变换到异源二聚体,由于对称性破缺的引入,结构出现新的模式并产生Fano共振。通过与同源二聚体的比较,我们发现产生的Fano共振可以被调控,这可以在光开关领域有很好的应用前景。更有趣的是,我们改变结构的排列方式,结构也出现了不对称的Fano线型,并且近场增强也很强,这可以很好的应用于表面增强光谱学领域和基于磁Fano共振的光学元件。