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金属纳米结构,由于其特有的局域表面等离激元共振（Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR）特性,成为近些年来一个重要的研究方向。在特定波长的光照射下,由于LSPR的耦合作用,金属纳米结构的表面或附近会形成一个局域增强的电磁场,同时自由空间中的光被限制在亚波长范围内,从而打破传统的衍射极限限制。尤其是金属的蝶形纳米天线（Bowtie Nanoantenna,BNA）结构,其独特的三角形结构可以在尖端与尖端之间产生有效的共振等离子体耦合,通过改变BNA结构的材质、几何参数以及介电环境,可以对其LSPR特性进行有效地调控,进而在纳米间隙区域内产生巨大的增强电场,其强大的电场增强能力使得BNA结构在光学传感、纳米光源和光电器件等领域中具有潜在的应用价值。除了极强的电场增强特性外,与其他纳米结构设计相比BNA结构还表现出优异的性能,例如优异的方向性、可调谐的宽带光谱响应、高效的电光驱动和偏振控制等,从而进一步扩展等离子体BNA结构在纳米光子学领域的应用。在本文中,通过数值仿真模拟,理论研究了金属BNA阵列结构的LSPR特性,及其在表面增强拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS）和基于折射率变化的生物传感器上的潜在应用。之后,利用电子束曝光（Electron Beam Lithography,EBL）系统和多层薄膜沉积系统,实验制备了BNA阵列结构,并将其应用到近红外（Near Infrared,NIR）响应的SERS和钙钛矿光电探测器（Photodetector,PD）的研究之中。论文主要的研究工作如下:1.理论研究了金属BNA阵列结构LSPR特性。建立具有金属-介质-金属（Mteal-Insulator-Metal,MIM）结构的Al-BNA阵列结构的理论模型,利用时域有限差分（Finite-Difference Time-Domain,FDTD）方法数值计算和分析其LSPR和电场增强特性,通过调控BNA阵列结构的大小、高度、周期等几何参数,实现了LSPR从深紫外到近红外的连续可调,同时研究了入射光源的角度和偏振方向对LSPR特性的影响。针对BNA阵列结构的LSPR特性,数值计算了其在SERS上的增强能力,在单一波长下实现了局域电场相关的SERS增强因子EF=4.82×109,同时数值计算了其在基于折射率变化的生物传感器上的应用,即对浓度为0%-40%（折射率:1.333-1.368）变化的甘油纯水混合液进行探测,实现了497 nm/RIU的高探测灵敏度。2.研究了基于BNA阵列结构与Ag2S半导体量子点复合基底的SERS。理论设计并制备在NIR光谱区域具有极大电磁场局域增强效应的Au-BNA阵列结构,所设计的BNA阵列结构具有宽光谱的电场增强能力,可以实现SERS检测中的激发信号和拉曼散射信号的同步增强。利用化学合成方法合成制备具有优异红外特性的Ag2S半导体量子点,并将其均匀旋涂在BNA阵列表面,制备得到BNA/Ag2S复合SERS基底;利用4-氨基苯硫酚（PATP）分子作为探针分子,采集BNA/Ag2S/PATP体系的拉曼光谱并进行对比分析,从理论上和实验上同时验证了BNA/Ag2S复合基底的电场增强机制和电荷转移增强机制的协同效应在近NIR光谱区域对SERS的增强特性。同时,我们研究了BNA/Ag2S复合SERS基底的偏振特性,理论和实验上同时验证了BNA/Ag2S复合基底的SERS信号对激发光偏振方向的依赖特性。3.研究了金属BNA阵列结构在NIR光谱区域对钙钛矿光电探测器的性能提升。理论设计并制备了在NIR光谱区域具有极大电磁场局域增强效应和宽光谱增强能力的BNA阵列结构,利用一步旋涂法在BNA阵列结构表面沉积钙钛矿多晶薄膜((Cs0.06FA0.79MA0.15)Pb(I0.85Br0.15)3),制备得到了基于BNA阵列基底的等离子体功能化的钙钛矿PD（BNA-PD）;利用半导体测试系统,测试了BNA-PD在785,633,532 nm激光照明下的光电性能,并与基于Si/SiO2基底的常规PD（Si/SiO2-PD）进行对比和分析,从理论上和实验上同时验证了BNA阵列结构在NIR光谱区域对钙钛矿PD的光电性能的增强特性。相比于Si/SiO2-PD,BNA-PD的响应度提高了2962%,其探测率达到了1012,外量子效率高达188.8%,都得到了近30倍的增强,所制备的BNA-PD实现了与可见光谱区域相比拟的近红外光电性质。同时,研究了BNA-PD的光响应和稳定性性质,实现了从可见光到近红外光谱区域的具有优异光开光性质和稳定性的高性能的钙钛矿光电探测器。