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空间光通信具有传输速率高等优点，是无线通信的重要发展方向之一，增大空间光的接收视场角对于推动空间光通信的快速发展具有十分重要的意义。激光雷达等空间光探测技术需要适应对未知目标、多目标以及快速运动目标的探测，也要求空间光的大空域接收。将空间光耦入光纤的接收方法由于可以利用光纤放大器和光纤滤波器等成熟的技术，来实现光信号放大和窄带滤波，接收灵敏度能够接近量子极限，并有望实现大视场角，是未来空间光接收的发展方向。
基于传统理论的入纤耦合光学系统由于受到衍射极限的限制，增大接收视场角十分困难。本论文基于能突破衍射极限的表面等离子激元(SurfacePlasmon Polaritons，SPP)，提出了一种新的空间光广角入纤接收方案，围绕空间光高效率耦合至平板波导(光纤)并发生场增强的结构和机理，空间光广角入射引起的响应特性和具有广角透射增强特性的结构，以及光纤型TE偏振光接收结构展开。论文的主要研究工作和成果如下：
结合SPP的透射增强特性，等离激元Bragg反射器，和由金属.介质.金属波导和金属一介质.介质波导组成的低损耗定向耦合器，提出了一种直入射空间光高效率耦合至平板波导并发生场增强的结构。理论和仿真结果表明：当定向耦合器的参数设计合理时，场在其中每传播两倍耦合长度的距离，将比独立波导的场获得一个额外的相位π。利用此相位特性对结构进行优化设计，得到60％左右的耦合效率，且出射波导中光的能流密度比入射光的能流密度增大近一个数量级。
研究了金属亚波长结构或SPPS对广角入射空间光的幅度响应、相位响应及透射增强响应。仿真结果表明：当矩形或三角形凹槽具有合适的深度和宽度时，它所激发的SPP在±60°的入射角度范围内具有平坦的幅度响应；空间光斜入射时激励的SPP具有单向传播增强的效应，此效应可用模式理论来初步解释；细缝或矩形凹槽激励的SPP相对于入射光的相位差，即相移在±60°的入射角范围内可以近似为常数π，并由此提出了相移广角常数近似的方法，解释了斜入射时的异常透射现象。结合上述特性，提出了具有广角透射增强特性的等离激元波纹喇叭结构，该结构在±30°的入射角范围内均具有较高且十分平坦的透射增强系数。
由于SPP只对TM偏振有响应，上述工作和结论均是针对TM偏振的空间光入纤接收而言的。对于TE偏振的空间光入纤接收，本文深入研究了结合共振原理和金属包层的光纤型TE偏振光接收结构，以滤去可能存在的TM偏振光，而让TE偏振光的透过率尽可能高。利用SPP的模式特性首次实现了该类结构的TM0模式共振，给出了具有超低折射率芯区的金属包层三层波导结构所满足的本征方程，获得了性能优异的TE通过型结构：作用长度在2.81—4.25mm之间时，消光比达40dB以上，插入损耗小于0.2dB，带宽范围为1.4—1.6μm，允许中间包层厚度的变化范围达2μm以上。
基于有限元算法，开发了一套分析光与金属亚波长结构相互作用的数值计算软件。