在光信息时代,发展越来越快速的信息技术要求具有快速计算、大数据量、大密度以及小体积的组件,未来信息技术的解决方案之一的光互连技术具有大数字容量带宽和快速信号处理的优点,但是由于衍射极限的存在,光学器件的尺寸难以进一步减小。表面等离子体具有近场局域增强的特性,分布深度可以小于波长量级,能够突破光的衍射极限,进而实现深亚波长乃至纳米尺度的激光发射,有利于光电子集成器件的设计与制造。表面等离子体激光器的超小体积特性为进一步减小激光器尺寸提供了可行性。本文设计一种基于渐变1D光子晶体(Photonic Crystal,Ph C)的表面等离子体激光器耦合腔结构,构成双腔耦合和激射光导向输出配置,进而实现一种新型表面等离子体激光器结构设计。该耦合腔结构不仅可以使激光器的谐振腔Q因子更高,而且同时实现激光器高定向耦合输出,极大提高激光器工作性能和输出光束质量。这种耦合腔结构为下一代硅基光子集成或者混合光子集成芯片提供了一种实用化激光源设计的新思路和新方法。本文主要研究内容以及研究成果如下:(1)首先设计表面等离子体方形腔,利用FDTD Solutions建模并进行仿真计算,分析谐振腔尺寸对谐振波长的影响。得到期望波长处的谐振腔尺寸为500nm,相应的Q因子约为33、Purcell因子约为24。(2)研究表面等离子体谐振腔的耦合输出特性,设计3种波导耦合腔,计算并分析其结构参数对耦合腔特性的影响。通过优化耦合腔结构参数,设计出具有高Q、高波导耦合输出的器件结构。结果表明Ph C纳米梁可以有效增强表面等离子体谐振腔特性,且渐变Ph C耦合腔具有更明显的优势。可以实现Q因子约为385、Purcell因子约为42,波导耦合效率为78%。(3)利用稳态速率方程以及调制带宽公式,在理论上分析3种波导耦合腔性能,计算其输出功率随输入电流的变化情况以及在不同泵浦速率下的3d B调制带宽特性。结果表明Ph C纳米梁可以有效提高表面等离子体谐振腔的输出功率以及调制带宽,且渐变Ph C耦合腔具有更明显的优势。渐变Ph C耦合腔输入电流为100μA时的输出功率为50μW,在1倍和10倍阈值泵浦速率下的调制带宽分别为5GHz、18GHz,可用于片上光源。