近些年来，以表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)为热点之一的纳米光子学相关方面的研究在国际上呈现出迅猛的发展态势。SPPs是一种沿着导体和介质交界面处传播的表面电磁波，其源自于导体中自由电子的集体横向振荡与入射光场之间的相互耦合激发。SPPs具有场强大小沿垂直于界面两侧方向呈指数衰减、场分布高度空间局域化等特性，可用于突破衍射极限的限制以及局域场增强等应用。这些独特特性和优势使其在进行纳米尺度的光操控方面发挥着十分重要的作用。在本论文中，通过实验手段以及运用二维有限元法(Finite Element Method，FEM)等数值仿真计算方法，我们研究了基于非对称多层金属-介质平板波导的SPP模场分布整形、模式耦合转换和增益延长传输距离等有关SPPs传输的主动式和被动式操控问题。　　本论文的具体研究内容和结论概括如下:　　1.利用一种基于传输矩阵法(Transfer Matrix Method，TMM)和柯西积分法(Cauchy Integration Method，CIM)的数值算法，我们对调整多层金属-介质平板波导结构中所支持的SPP模式的模场空间分布及其传输特性的介质包层效应进行研究。结果表明:通过改变介质包层的折射率和厚度能够对SPP模式的模式尺寸、传输损耗和模场分布等特性进行有效的调整。特别是对于长程表面等离激元(Long-Range Surface Plasmon Polaritons，LRSPP)模式，这种介质包层的调整效应更加显著。在一定的结构参数条件下，甚至能够打破SPP波导设计时模式损耗和模场空间束缚性之间常见的权衡关系，使得两者在相同的参数条件下同时达到最佳值。此外，得益于介质包层效应对SPP模式模场的整形作用，模场在介质区域空间分布具有可调性，这为提高SPPs和功能材料之间的相互作用从而实现SPPs信号更高效的操控，提供一条简单有效的途径。　　2.基于电注入InGaAsP多量子阱（Multiple Quntum Wells，MQWs），研究了非对称空气-金属-半导体(Air-Metal-Semiconductor，AMS)平板波导结构中不同SPP模式的传输损耗增益补偿问题。从数值分析和实验两方面研究发现，短程表面等离激元(Short-Range Surface Plasmon Polaritons，SRSPP)模式的模场主要分布于高折射率的半导体一侧，因此电泵浦量子阱引起的受激放大可以对其传输起到有效的辅助作用。然而，模场主要分布于空气一侧的LRSPP模式则受衬底中高增益量子阱的影响很小。最后的实验结果显示，在AMS平板波导中，80μm的传输距离内，受激辐射的辅助补偿作用使得SRSPP模式在输出端测量到的输出功率为LRSPP模式的1.6倍。该研究结果对研制高开关比、低损耗且微型化的电控调制器有积极意义。　　3.利用非晶硅盖层对SPP模场分布的整形作用，并采用电泵浦InGaAsP多量子阱方式来提供受激放大补偿，对空气-非晶硅-金属-半导体(Air-αSi-Metal-Semiconductor)平板波导结构中LRSPP模式的电辅助传输问题进行了研究。通过在金属薄膜表面沉积一层非晶硅盖层，将之前的AMS波导改造成为Air-αSi-Metal-Semiconductor多层平板SPP波导。在此改良的波导中，得益于高折射率的介质盖层在提高有源区限制因子方面的积极作用，在一定介质盖层厚度下，才会出现的LRSPP模式对量子阱增益区的调制响应被有效地增强。通过优化多晶硅盖层，大幅提高LRSPP模式的模式增益，并尽量减小模式空间束缚的松弛。实验观测到其传输长度增量最大值达32μm，对应着288cm-1的模式增益增量。此研究工作展示了一种通过提高光和物质相互作用来主动式操控SPPs传输的有效方法。　　4.提出一种基于亚波长尺度金属狭缝阵列结构的模式转换器，应用于极端非对称介质-金属-介质（Dielectric-Metal-Dielectric，DMD）平板波导中上下界面模式之间的耦合转换。详细计算和分析了各种光学参量和狭缝阵列的几何参数对上下模式之间耦合效率的影响，并对相关的内在物理机制进行了探讨。模式转换器中的每个金属狭缝相当于一个法布里-珀罗(Fabry-Perot，FP)谐振腔。在光通讯波段，基于FP谐振条件，此模式耦合转换器能够实现的最大模式耦合效率高于18％。此耦合器适用于表面等离子集成回路中信号传输的不同模式之间的转换，以便利用不同模式各自在操控上的优势特性。