表面等离激元（Surface Plasmon,SP）是指在金属结构表面的自由电子与入射光子之间发生相互作用产生的电磁振荡模式,表面等离激元包括传播型的表面等离极化激元（Surface Plasmon Polaritons,SPPs）和局域表面等离激元（Localized Surface Plasmon,LSP）两大类。前者是电磁波在金属和介质间的界面上被激发并沿着金属层进行长距离传播的模式;后者是金属纳米颗粒中的自由电子的振荡并受到结构尺寸大小、几何形状的限制,电磁波被束缚在很小的结构尺寸之内的模式。随着加工制备、测试表征等技术的发展,对传播型表面等离极化激元以及局域型表面等离激元的研究逐渐深入,并且在高密度集成光路、生物传感、新能源等领域得到了广泛的应用。然而,在太赫兹、微波波段金属的性质趋近于完美电导体（PEC）,不支持表面等离激元的传输。为了克服这一缺陷,人们利用刻槽、凿孔等结构来实现类SP的电磁特性,进而提出人工表面等离激元（Spoof Surface Plasmon）的概念。人工表面等离激元在光通信、信号处理等领域有广泛的应用。电荷传导模（Charge Transfer Mode,CTM）是两个通过导电结连接在一起的二聚体中出现的不同于单个粒子电偶极子和磁偶极子的新的模式。作为高度可调谐的模式,电荷传导模的性质依赖于导电结的物理尺寸、结构性质等因素,电荷传导模在纳米电机、传感器等领域有很广泛的应用前景。基于时域有限差分法的电磁仿真软件CST,设计了结构化金属粒子二聚体,通过电磁仿真和耦合理论相结合的方法,研究了结构化粒子二聚体中电荷传导模的横向和纵向杂化,以及电荷传导模沿周期性金属粒子链的传输特性。本文工作主要分为三个部分:（1）研究了结构化金属粒子单元上的局域表面等离激元谐振以及二聚体结构中的电荷传导模谐振特性。单个结构化金属螺旋粒子支持人工局域表面等离激元中电、磁偶极子、多极子等谐振模式,两个通过导电结连接在一起的螺旋结构粒子构成的二聚体结构能够很好地支持电荷传导模振荡。仿真发现通过外臂直接连接在一起的螺旋粒子构成的二聚体在平面波的激发下能够实现电荷传导模式谐振,当导电结电导率增加时,电荷传导模的频率增大,发生蓝移;导电结长度增加,频率减小,发生红移;导电结宽度增加,频率增大,发生蓝移。通过改变连接导电结的参数来控制电荷传导模的谐振模式,这为在红外波长实现可控的可调谐的等离激元模式提供新的、独特的方法。（2）研究了结构化粒子传导模的横向和纵向杂化,并用耦合理论分析了二聚体间的分离距离和角度对杂化的影响。随着两个螺旋二聚体分离间距的增加,电荷传导模的谐振峰劈裂成两个谐振模式,随着间距的增加频率的劈裂Δω减小,对应频率分移量Δω/ω0和分离间距呈指数相关衰减。电荷传导模的杂化也存在对称和反对称两种模式,对于反对称模式而言其辐射损耗能降低,谐振频谱表现出较窄的线宽和较大的品质因数;对于对称模式而言,其辐射损耗能增加,从而谐振频谱表现出较宽的线宽和较小的品质因数。在杂化体系中引入偏转角,通过两次旋转操作可以实现横向和纵向杂化间的转换,Δω/ω0和角度呈余弦函数式相关。研究了基于电荷传导模横向和纵向杂化设计的单极天线作为激励源的周期性粒子链的传输特性,并结合耦合模理论进行了分析。基于耦合模理论,计算横向和纵向传输的周期性粒子链的色散关系,仿真得到的谐振频谱对应带宽和计算得到的色散曲线基本一致且能够很好地支持人工局域表面等离激元模式,对于横向粒子链结构上电磁波沿着“正向”传输,而对于纵向粒子链结构上电磁波沿着“反向”传输。（3）研究了电介质衬底对结构化金属螺旋粒子本征模式顺序性的影响。电介质衬底对结构化金属粒子的谐振模式有较大影响,研究发现,螺旋粒子的多级谐振模式在改变衬底的情况下可以实现正序向逆序的转化,而结构化金属直槽粒子的谐振模式顺序不受电介质衬底改变的影响。该论文有图43幅,参考文献129篇。