纳米天线是一种将光波耦合到亚波长尺寸结构内的新型光学器件。本文主要研究光学纳米天线结构光波吸收特性及其优化设计,其主要原理是通过在亚波长尺寸内改变纳米天线的外观、尺寸、介质材料等因素,调控表面等离激元的共振分布。主要涉及复合结构光学纳米天线的数值计算及结构参数调控的算法优化。数值计算方法主要采用时域有限差分法与优化算法相结合的方式,使用数值分析软件与算法构建模型并仿真计算。通过对纳米天线结构建立模型,分析天线阵列吸收特性。本论文主要工作如下:首先,理论上阐述了纳米天线结构的设计分析原理,分析多缝隙和蝶形偶极子的结构特性,针对单一结构有效吸收波段窄的问题,在实验中建立了多缝隙蝶形偶极子复合结构天线模型。分析了光学纳米天线分别在单一结构和复合结构条件下的光学响应,实验结果显示,复合结构光学纳米天线具有较好的吸收特性,在400-1800nm波段内,其平均吸收率高达84.1%。除此之外,还分析了在不同材料、极化偏振及斜入射角等条件下纳米天线阵列的吸收特性。其次,在上述工作的基础上,为了解决复杂结构参数寻优的问题,提出了一种以智能优化算法优化纳米天线结构参数的思路,利用遗传算法辅助设计了双蝶形偶极子双环槽复合结构纳米天线。实验中以吸收特性为适应度函数控制种群的进化方向,使用遗传算子筛选获取满足吸收特性要求的天线结构参数。实验结果表明,天线结构经过尺寸参数优化后具备较强的吸收性能,其波段在400-1800nm范围内平均吸收率达到78%。此外,该结构具良好的极化偏振不敏感性。最后,由于传统的纳米天线设计方法是基于物理经验公式的直接设计,其处理过程需花费高昂的计算代价。本文提出利用人工神经网络算法逆向设计纳米天线结构的新方法,设计了一款高吸收性能的圆柱形纳米天线。实验结果表明,人工神经网络对圆柱形纳米结构参数与吸收光谱之间的关系具有良好的拟合特性,逆向设计得到的圆柱形天线在400-2000nm波段内平均吸收率高达89%。综上所述,本文主要通过提出复合多种结构特征于一体、复杂结构参数空间寻优以及神经网络逆向设计等新颖思路进行光学纳米天线的设计与优化。同时,对这三种纳米天线结构设计方法进行了理论分析和实验验证,并分析了纳米天线结构的吸收特性。这对光学纳米天线的设计研究和光学器件的发展具有理论意义。