金属纳米结构由于其具有突破传统光学衍射极限的优良性质而受到广泛的关注,并为集成器件的小型化提供了可能,有望替代半导体而成为新一代新型器件。金属纳米结构器件的一个非常重要的应用就是光波导。常见的光波导主要由一维的金属纳米线和二维的金属纳米面构成。光与金属微纳结构相互作用时,可激发金属纳米结构表面电荷的集体振荡,形成传播型的表面等离极化激元（Surface Plasmonpolaritons,SPPs）。表面等离极化激元因其亚波长特性和高度局域化的特点而会产生一系列新奇的物理效应,因此备受国内外研究者的关注,有很高的研究和应用价值。本论文基于具有不同端头形貌的一维纳米线和二维三角形金属微米片与光的相互作用展开研究,探讨其自旋-轨道耦合,波导模式,传输通道和发射特性,主要研究内容如下:1.设计了具有半球形、圆柱形和圆锥形端头的银纳米线,并利用有限元电磁仿真算法对用不同偏振的入射光激发金属纳米线端头时,纳米线上SPPs由于自旋轨道耦合和表面等离极化激元的横向自旋而呈现出的手性传输特征展开研究。结果表明,对于左旋圆偏光激发和右旋圆偏光激发银纳米线端头的情形,线上SPPs的传输呈现出明显的手性特征。进一步的模式分析表明,由于激发端不同的形貌对激发光不同的散射效应,可耦合出了银纳米线上不同的等离激元模式。这些不对称的等离激元模式相互干涉,形成螺旋型传播的SPPs。由于螺旋型传播的SPPs有较强的损耗,从而在纳米线的末端SPPs呈现出干涉型明暗相间的波节传播。对于不同偏振的入射光,螺旋型传播的SPPs亦呈现出自旋相关性。理论研究表明,其内在的物理是光的自旋-轨道耦合和表面等离极化激元的横向自旋。利用自旋-轨道耦合,我们成功实现了 U型纳米线上SPPs的定向激发。2.利用湿化学法快速合成了原子级平整的银微米三角片波导,研究了片上SPPs的手性激发与传输调控效应。用波长为532nm的携带自旋角动量的圆偏光激发具有不同端头形貌和尺寸的银微米三角片波导,并且用量子点耦合出了其表面传播的SPPs的近场图像。我们利用有限元算法,模拟了相关实验结果。理论和实验研究表明,在光与银微米三角片波导相互作用的时候,会产生横向自旋和自旋-轨道耦合效应,这是片上SPPs在左旋圆偏光和右旋圆偏光激发下呈现手性传播的主要原因。进一步的研究发现,片上SPPs的传播依赖于端头形状和尺寸。该研究对片上SPPs的多通道可控传输、定向发射、等离激元调控和量子信息存储等方面有重要的指导意义,为集成器件的小型化提供了可能,进一步拓展了特殊形貌的波导器件在信息传递过程中的应用。