近年来,随着纳米技术和表征技术的迅速发展,金属微纳结构中的表面等离激元已经成为诸多领域的研究热点。得益于表面等离激元模式激发时能够极大地增强金属微纳结构周围的局域电场强度,金属微纳结构在增强拉曼光谱,超灵敏检测等领域有着巨大的应用前景。本论文主要围绕金属微纳结构光学天线中的等离激元效应展开了研究,利用Mie散射理论研究了由不同介电常数的金属材料包裹一维介质棒形成的多层核壳复合结构,发现其能支持多重等离激元Fano梳,继而优化设计了介质包裹的金属bowtie结构(由两个金三角形的结构组成),实现了体系局域电场的进一步增强。论文具体内容包括以下几个方面:1.介绍了金属微纳结构天线中表面等离激元的基本物理意义、特征,介绍了圆柱光散射系统中的Mie散射理论,完成了相应的柱状多层系统Mie散射计算程序的编程,并对目前金属微纳结构天线对荧光分子激发和辐射的调控原理做了回顾和总结。2.设计了一种由不同介电常数的多层金属包裹介质纳米棒构成的复合核壳结构,实现了多重等离激元Fano梳。研究了核壳结构的内核介电常数、结构所在周围环境的介电常数、内核的半径以及横截面的最外半径(即外壳层厚度)对Fano梳共振位置的影响。发现Fano共振峰和谷的位移与结构中内核的介电常数和结构所处周围环境的介电常数无关,使得该多重Fano共振现象在光学标记领域有很大的应用前景。而变化结构包裹材料的介电常数时,Fano共振峰和谷的位移对其变化非常敏感,所以在传感方面有着重要的应用价值。3.利用介质薄膜包裹金属蝴蝶结结构,实现了局域电场“热点”从金属表面到介质表面的转移及进一步增强。在传统的金属微纳结构天线中,等离激元共振所产生的局域电场“热点”发生在金属的表面。从这一点上来说,荧光分子越靠近金属表面,其获得的激发增强越大。另一方面,激发的荧光分子靠近金属时,荧光分子的能量会通过非辐射能量转移机制变成金属中的热损耗,从而引起荧光淬灭效应。要获得最大的荧光增强,荧光分子和金属之间必须有一个非零的间隔,因此传统的金属微纳结构天线中的局域电场“热点”无法被荧光分子充分利用。本论文提出了一种具有金属/介质和介质/空气的双层界面的介质包裹的金属蝴蝶结结构,通过优化设计介质包裹材料的折射率、厚度以及金属微纳结构本身的尺寸,实现了局域电场“热点”从金属表面转移到介质表面,并且所获得的局域电场强度相比于未包裹的金属蝴蝶结结构得到了进一步增强。