本论文主要对基于金属-介质-金属等离子体结构的相关器件和机理进行研究。设计了具有低色散的慢光波导和具有高品质因数的谐振腔。提出了补偿传输损耗、延长传输距离的方法。实现了大带宽延迟积。本研究工作对于推动以表面等离子体为基础的光集成系统的发展和应用具有重要的意义。本论文的主要研究内容如下:第一章为文献综述,主要对本课题所涉及的相关理论知识和研究背景做了综合的介绍。首先简单介绍了表面等离子体光子学的含义与应用领域,阐述了表面等离子体的基本概念和相关特性,并对典型的波导结构和传输损耗解决方案进行了总结。其次,对慢光的群速、色散、脉冲失真等指标做了说明。最后,对参量增益过程的原理进行了理论分析。在第二章中,我们设计了基于表面等离子体的低色散慢光波导,并对其色散关系、场分布、时域功率谱等光学特性进行了详细的分析。数值实验的结果表明,通过将工作频率点设置在色散曲线中适当的频率范围内,此金属-介质-金属结构波导可以在支持慢光传输的同时,将群速度色散所带来的脉冲失真抑制到可以容忍的程度。此波导可以用于具有高比特率容量的慢光系统中。在第三章中,我们设计了基于第二章中所提出的直波导的高品质因数谐振腔,并对共振态的场分布、谐振腔长度与共振态频率和共振态品质因数之间的关系等进行了分析。数值实验的结果表明,在非零波矢处具有零群速度点的直波导导模可以用来提高具有相似结构的谐振腔的品质因数。随着谐振腔长度的增加,共振态频率将逐渐收敛于零群速度频率点处。此谐振腔是具有亚波长尺寸的光学微腔,具有重要的价值。在第四章中,我们提出一种参量增益方案,用以补偿在金属-介质-金属等离子体波导中慢光传输的损耗。利用波导中反对称TM模的独特性质,并引入非线性材料作为光学参量放大的增益介质,导模的传输距离得到了较大的提升(100%)。这一补偿金属材料中吸收损耗的机制,为设计更复杂的纳米等离子体器件打下了基础。在第五章中,我们对第四章中所提出的参量增益损耗补偿方案进行了改进,并对两种方案在频域上进行了比较和分析。数值实验的结果表明,改进后的方案对信号光具有更好的放大效果。通过超慢光(0.005c)对非线性效应的放大作用,信号光的传输长度得到了更大的提升(400%)。在第六章中,我们分析了限制带宽延迟积提高的几个主要因素。利用金属-介质-金属波导色散曲线的可调节性,可以在多个频段上获得大的带宽延迟积。在第七章中,我们对介质-金属-介质波导的结构参数与其色散曲线之间的关系进行了研究。通过恰当的设置金属层的厚度和介质层的介电常数,可以获得想要的慢光特性。不同表面等离子体波导传输损耗之间的比较表明,介质-金属-介质波导由于对金属中传播能量的消减,拥有最长的传输长度。第八章对全文的结论和创新点进行了总结,并提出了未来的研究方向。