本论文的研究工作是在国家自然科学基金项目(No．10474093，90206002)和国家重点基础研究发展规划项目(No．2006CB302905)的资助下完成的。主要研究了微纳金属复合结构的光学特性及其应用基础：将局域表面等离子体共振效应(Localized Surface Plasmons Resonance，LSPR)引入到聚合物光子学中，利用LSPR的局域场增强效应来提高聚合物材料的光学性能；研究了这种金属纳米颗粒复合聚合物材料的光学特性及其在聚合物光子器件上的应用；研究了有序微纳金属复合阵列结构的光学特性及其在光传感、偏振光学元件、表面拉曼散射增强等方面的应用。本论文的研究工作和成果如下：1．利用近场扫描光学显微镜(Scanning Near-field Optical Microscopy，SNOM)在偶氮聚合物薄膜表面成功的记录了突破光学衍射极限的记录点。分析了辐照时间对记录点大小的影响，利用梯度力理论解释了记录点形成机理。在记录光波长为457nm情形下，获得的最小记录点直径为120nm。最后提出了一种全光写读近场光存储方案。2．研究了掺杂银纳米颗粒对于偶氮聚合物薄膜近远场光学特性的影响。利用SNOM观测到聚集在偶氮表面的纳米银颗粒的透射增强现象，分析了这种透射增强效应是由于激发了纳米银颗粒的局域表面等离子体(Localized Surface Plasmons，LSPs)。远场的实验结果表明一定浓度纳米银颗粒的存在可以有效提高偶氮分子的光致取向速度，但是浓度过大取向的速度反而降低。实验结果有利于发展快速光存储和光开关材料。3．研究了掺杂银纳米颗粒的染料聚合物薄膜的光学特性。利用θ-2θ棱镜耦合仪测量了这种薄膜的厚度和折射率，这种薄膜可以作为一种光学性能增强的聚合物平面波导。测量了不同纳米银浓度情况下的荧光强度，实验结果证明一定浓度银颗粒的存在可以有效增强这种聚合物波导的荧光强度，本实验中最大的荧光增强因子为3.8。实验结果对于发展聚合物波导放大器或激光器有一定的借鉴意义。4．利用数值模拟方法研究了不同材料制作的亚波长金属光栅在可见光波段的偏振特性。重点研究了金光栅、铝光栅和一种新型的金铝复合双层光栅。分析了光栅结构参数对光栅偏振分束能力的影响。对于新型的金铝双层光栅，对不同波长不同偏振光的透射率反射率可以通过调节金铝的厚度比例来调节。该研究工作对于发展设计新型的光学偏振元件有一定的参考意义。提出了一种H型的复合金属光栅表面等离子体共振(Surface Plasmons Resonance，SPR)传感器。利用数值模拟方法分析了结构参数对于SPR共振曲线的振幅、曲线宽度以及共振角位移的影响。5．阐述了周期性金属微纳结构的基本光学特性及其应用，实验研究了不同周期金孔径阵列结构在表面拉曼散射增强效应中的应用。本论文的创新点主要包括：1．将金属纳米颗粒的LSPR效应引入到聚合物光子学中，利用金属纳米颗粒LSPs局域场增强效应提高聚合物材料的光学性能。首次研究了银纳米颗粒对偶氮光致取向速度的影响，并观察到偶氮表面银纳米颗粒聚集体的透射增强现象；首次观测到银纳米颗粒掺杂有源聚合物波导荧光增强效应并分析了此效应产生的机理。这种金属纳米颗粒复合聚合物材料在发展制作新型聚合物光子器件上有很好的应用前景。2．首次利用严格耦合波分析方法研究了金、铝、金铝复合亚波长光栅在可见光波段的偏振特性。模拟结果对于设计制作新型纳米光学偏振元件有很好的指导意义。