表面等离子体(Surface Plasmonics)是纳米光子学领域的一个重要分支,本文主要从表面等离子体激元(SPPs)和局域表面等离子体(LSPs)这两种经典的表面等离子体现象出发,研究表面等离子体的波导性质及其二次谐波转换,和纳米光学天线及其金属二阶非线性转换。本文首先介绍了表面等离子体激元的基本原理和主要参数,以及金属介电函数模型：Drude模型和Lorentz-Drude模型,随后,介绍光学非线性的基本原理和二阶极化系数。之后,将本文的主要仿真环境Comsol Multiphysics进行举例介绍,给出每一步仿真设置的步骤和仿真结果的后处理方法,为文章的工作开展提供基础支持。本文研究了三种主流的表面等离子体波导：杂化波导、硅基波导、MIM型波导。主要研究了其几何结构、模式分布、有效折射率以及传播长度等基本性质,并对这三种波导的能量限制与能量损耗方面的能力进行比较和评估,证明了表面等离子体波导的结构设计需要权衡能量限制与能量损耗这两个因素。在本文中,我们设计了一个新型的槽型杂化表面等离子体波导用于提高波导中的二次谐波转换效率,首先研究了其在基频波(FF)和二次谐波(SH)下的基本性质包括其几何结构、模式分布、有效折射率、传播长度、各个部分的能量比例、归一化模式面积等,对波导的性质和能量变化进行了深入地了解。然后,我们主要介绍了二次谐波的数值计算方法,包括耦合系数、归一化电场强度、相位匹配条件等,通过将所有求出的系数带入耦合方程得到二次谐波的转换演进情况、耦合效率(转换最大效率)以及峰值位置(耦合效率出现的传播位置)。本文中通过引入锥形结构(Tapered Structure),利用补偿效应和不同结构下的表面等离子体性质实现了在较短传播距离内的高二次谐波转换效率,使其在3mm的传播距离内二次谐波转换效率接近10%。我们还介绍了基于局域表面等离子体(LSP)的纳米光学天线,包括纳米光学天线的起源、研究现状、主要结构和主要参数。通过在纳米光学天线的研究引出金属的二阶非线性效应,以二维的金属散射粒子为例,通过将体电流密度和面电流密度分开讨论并根据格林张量近似推导平面内金属二阶极化所产生的二次谐波的场强公式并给出相应的数值求解公式。总的来说,本文主要基于以有限元方法(FEM)为基础的Comsol Multiphysics仿真平台对表面等离子体效应进行研究,包括基于表面等离子体激元(SPPs)理论的波导及其二次谐波转换和基于局域表面等离子体(LSPs)理论的纳米光学天线及其金属二阶非线性转换,目的是系统学习和研究基于表面等离子体效应的二阶非线性效应,并努力提高其相应的转换效果。