超表面结构是由亚波长共振单元按需排列成的二维平面结构,兼有低损耗、超薄和易加工等优势,能够对光的幅度、相位、极化和频率等物理特征进行调控。等离子体法诺共振（Fano Resonance,FR）效应对超表面的单元结构尺寸以及周围的介电环境等因素十分敏感,当这些因素有微小变化时,光谱响应中的FR线形会发生明显变化,使得等离子体FR在生物传感、光通信等领域有着广泛的应用前景。此外,与单一FR现象相比,对纳米结构构型变化更敏感的等离子体双重法诺共振（Double Fano Resonances,DFRs）现象得到了越来越多的关注。在等离子体多粒子系统中,虽能产生多重FRs现象,但其可调性和光谱响应范围有限。DFRs不仅具有更大的局域场增强效应,还可以对多个波段的光谱响应进行灵活调控。基于上述研究背景,本论文首先从理论和数值模拟两方面研究了由同心φ字形孔和圆环孔（Circular Ring Aperture,CRA）单元结构组成的新型复合超表面结构的近红外等离子体DFRs现象,并设计了等离子体传感和数字超表面。其次,通过数值模拟的方法,在一种由同心C字形孔（C Shaped Aperture,CSA）和CRA单元结构组成的周期性孔阵列的复合超表面结构中,实现了指数型等离子体光学传感和双波长无源等离子体光开关（Passive Plasmonic Switches,PPSs）。本论文主要包含如下两个部分:（1）设计了一种由同心φ字形和CRA单元结构的周期性银膜孔阵列组成的新型复合超表面结构,利用多模干涉耦合模理论和3D时域有限差分法研究了该结构的近红外等离子体DFRs现象,并据此实现等离子体光学传感和数字超表面。结果表明,窄的有效电偶极子模式和宽的有效电偶极子模式之间的相互作用可以实现近红外等离子体FR现象,并使其呈现出双成键模式和双反键模式。有趣的是,等离子体DFRs可以分别在缺陷型φ字形复合超表面、φ字形复合超表面和变化型φ字形复合超表面结构中实现,并且基于不同的物理机制下形成三成键模式和三反键模式。此外,通过多模干涉耦合模理论和等离子体杂化理论对模拟结果进行了验证。通过调整入射光的偏振方向可以实现模式展宽的等离子体光学传感,通过改变复合超表面中φ字形的矩形孔长度可以实现模式移动的等离子体光学传感。特别是,基于模式展宽的等离子体光学传感中透射率的最大值和最小值,可以实现紧凑的双波长PPSs,其ON/OFF比分别为18.23 d B和19.55 d B。基于此PPSs特性,设计了由等离子体FR效应诱导的1-bit数字超表面,进而可以扩展到电信L波段以等离子体DFRs为主的2-bit和3-bit数字超表面。（2）设计了一种由同心CSA和CRA单元结构的周期性银膜孔阵列组成的新型复合超表面结构,并研究了在超表面结构中可调谐的DFRs效应,以此设计了指数型模式移动的等离子体光学传感和偏振依赖的双波长PPSs。值得注意的是,对CRA单元结构进行小角度的破缺可以形成具有偏振依赖特性的CSA单元结构,从而使得超表面具有旋转不重合这一特性。在光与物质相互作用的过程中,在单个CSA超表面中存在近红外等离子体FR,这是由于电偶极子模式和电四极子模式之间的相互作用造成的。在CSA-CRA复合超表面中,由于单个CSA超表面和单个CRA超表面之间的光谱重叠,产生等离子体DFRs,同时诱导出三种新的杂化共振模式（即二次成键模式、二次反键模式和纯二次反键模式）,并且利用多模干涉耦合模理论也可以验证这一点。当入射光的偏振方向分别固定沿X轴方向（Z轴方向）时,通过将CSA单元结构的开口角从0°增加至180°,在复合超表面中可以实现由单FR切换为DFRs（使DFRs在单FR和三重FRs之间切换）。此外,通过调整复合超表面中CSA内半径或CRA外半径可以实现指数型模式移动的等离子体光学传感。同时,在近红外波段双波长处可以分别实现高ON/OFF比的PPSs。