金属纳米粒子的局域表面等离子体共振(Localized surface plasmon resonance:LSPR)特性及其应用是目前光学研究的热点内容之一。在合适的光场激励下,金属纳米粒子产生LSPR,根据共振波长随周围折射率变化发生偏移的特性可以应用于生物传感器。在生物传感应用中,传感性能和LSPR共振的近场分布之间的关系一直是人们感兴趣的课题,但未有系统深入的研究,本文利用三维时域有限差分法(3D-Finite Difference Time Domain,3D-FDTD),采用两种折射率变化模型,系统研究了单、双体金属纳米结构的传感特性和近场分布之间的关系。本论文首先介绍金属纳米粒子的局域表面等离子体共振的研究概况、基本理论和数值研究方法,然后采用3D-FDTD方法,对单、双体纳米结构采用膜层模型系统研究了LSPR的近场分布性质和表面传感性能及它们之间的关系,采用样点采样模型,研究了LSPR的近场分布性质和局域传感性能之间的关系,得到了不同几何形状单、双体金属纳米结构的近场分布性质对其传感性能的影响特性,最后根据分析结果对单、双体金属纳米结构的传感性进行了优化设计。本论文的主要研究工作有：1)采用膜层模型,数值分析了三种单体金属纳米结构(单三角形、单方柱、单圆盘)发生LSPR时的近场分布特点以及近场分布性质和表面折射率灵敏度之间的关系,给出了表面折射率灵敏度随膜层厚度增加的指数型拟合关系式,分析了近场渗透深度、表面折射率灵敏度和体折射率灵敏度之间的关系。对于膜层模型,近场分布和表面折射率灵敏度有良好对应关系,在近场渗透深度内表面折射率灵敏度和膜层内的能量成正比。金属纳米粒子的几何结构不同,近场渗透深度不同,相同膜层厚度内的表面折射率灵敏度有较大差异,但在相同的基准波长下,体折射率灵敏度基本相同。2)采用样点模型,研究了单体金属纳米结构的局域折射率灵敏度和近场分布的关系,由于单体的近场能量分布相对分散,使得单体结构的局域折射率灵敏度相当低,只有当折射率变化区域覆盖了近场渗透的绝大部分区域时,才有传感反应。3)比较研究了双体金属纳米结构(双三角形、双方柱、双圆盘)的表面折射率灵敏度、局域折射率灵敏度和近场分布之间的关系。研究表明,由于双体之间的耦合,双体纳米结构有很好的场能量集中特性,即使在很小的膜层内也有良好的表面传感反应,场能量越集中,相同膜层内的表面折射率灵敏度越高,三种双体结构的表面折射率灵敏度关系为：双三角形>双圆盘>双方柱。4)在样点模型中,双体结构的局域折射率灵敏度相比单体结构有很大程度的改善,传感区集中在间距耦合区域,特别是双三角纳米结构,近场能量基本集中在间距区域,当折射率变化区域覆盖间距部分时,局域折射率灵敏度近似为体折射率灵敏度一半。5)由近场分布和折射率灵敏度的关系分析得到,基准波长相同时体折射率灵敏度基本一致,要提高体折射率灵敏度,有效的方法是使共振波长红移,利用该特性,对单三角形结构进行了优化设计,优化设计的单三角金属纳米结构的体折射率灵敏度达到594nm/RIU,品质因子为5.3。要提高局部区域的表面折射率灵敏度,有效的方法是使场能量集中在探测区域,利用该特性,对双体纳米结构进行了优化设计,当基准共振波长为787nm时优化双三角形纳米结构在20nm×20nm×20nm的局域折射率灵敏度为154nm/RIU,品质因子为1.18,几乎是双圆盘结构的4倍。