随着科技日益发展,传统的电学集成回路在速度和带宽等方面的发展均接近极限,人们迫切需要寻找可替代方案。光子具有可编码和传递信息的功能,能够高速、低损传输,带宽可达数百太赫兹,因此光集成回路有望打破传统电回路的瓶颈。微纳波导是集成光芯片中的基础元件,它将自由空间光以导波的形式束缚在微纳尺度下,实现对光的操纵和传输。不同于自由空间光,传播的表面电磁波模式可提供巨大的电磁场增强,能够显著增强光与物质相互作用的时间或者强度,从而提高光器件中的效率,降低器件功耗。此外,结构光场在空间上的局域也会引发奇异的物理现象,如光场横向自旋与导波传播方向锁定效应。另一方面,新型能源材料作为光学集成回路的有源器件,决定着光电器件的开发性、拓展性、实用性。最近层状过渡金属硫族化合物的发现激起人们广泛的研究兴趣,包括谷电子学,手性拉曼或声子学,非线性效应等,这些材料卓越的光学性质使其在光电集成器件领域具有巨大的应用前景。鉴于此,本文将亚波长光学波导与二维过渡金属硫族化合物集成,研究导波与二维材料中手性拉曼散射信号的定向耦合、对二次谐波的增强与调控。主要研究成果如下:1.一维表面等离激元波导能够显著增强光的自旋-轨道耦合。以单根银纳米线波导为例,我们理论模拟揭示了表面等离激元的传播方向与其近场手性具有一一对应的关系。具体来讲,位于波导两侧的表面等离激元的近场手性相反,而且随着距离的增大,其圆偏手性逐渐减小甚至发生反向,进一步的模拟分析表明当有高折射率基底存在时,初始的表面等离激元模式发生杂化而形成新的模式。其中TM0,HE-1以及HE-2模式杂化后形成H0模式,而H0模式近场手性的反转主要是来自于HE-2模式的参与。此外,H0模式反转位置依赖于基底折射率大小、基底与银纳米线与的距离。本工作深层次地研究了基底对于表面等离激元近场的影响,这对于表面等离激元器件的研发具有指导意义。2.基于表面等离激元的自旋与传播方向锁定效应,我们利用单根银纳米线实现多层二硫化钨中手性拉曼信号的定向分离。通过控制激发点与表面等离激元波导的相对位置,实验上证明了手性拉曼与表面等离激元的定向性耦合效率高达91.5±0.5%,逼近理论极限。该定向性耦合效率高度依赖于局域的自旋场密度以及拉曼信号的圆偏振度,可通过调整激发位置以及激发偏振实现定量调控。不同于以往对弹性散射光或者荧光辐射行为的调控,拉曼散射是非弹性散射过程,具有退相干速率慢,工作范围广等优势。本文首次将光的自旋-轨道相互作用效应拓展到拉曼散射过程,丰富了传统的手性光子学的内容,为基于非弹性散射的光信息处理、操纵等微纳光学器件提供了新的方案。3.在一维光子晶体与单层二硫化钨混合体系下,传输的布洛赫表面波与单层二硫化钨耦合可以延长光与物质的相互作用距离,进而提高二硫化钨的非线性转换效率。在本实验中同时激发两束相向传播的布洛赫表面波,控制两束波同时到达二硫化钨区域参与三波混频过程。该方法不受非线性过程中相位匹配条件的限制,非线性转换效率高达8.26×10-5/W,相比二硫化钨最初的非线性效率提高了至少3个量级。此外,通过傅里叶成像技术系统地研究了二倍频与和频信号辐射的空间分布规律。结果表明二次谐波发射方向垂直于布洛赫表面波的传播方向,信号发散角小至3度。当激发两束不同能量的布洛赫表面波时,产生和频信号相对倍频信号有一个角度的偏离,该偏离角度取决于布洛赫表面波的波矢差。最后,本实验研究了倍频信号与和频信号的偏振方向与二硫化钨晶轴的关系,当晶轴与布洛赫表面波波矢夹角改变时,倍频信号与和频信号的偏振方向一直保持一致,同时随着夹角变化而变化。本工作进一步推进了二维材料非线性效应在集成光器件中的应用,而且本实验的结果为其他相干光信号的产生、增强、调控奠定了技术基础。