亚波长金属狭缝(小孔)阵列中基于表面等离激元的异常透射特性引起人们的广泛兴趣和深入研究,并且在光子集成器件、光调控技术和光逻辑器件方面有着广泛的应用前景。单层栅结构已被深入研究和理解,双层及多层结构也在理论上和实验上有报道。本研究组在红外及可见光波段,对由两层全同的亚波长金属栅组成的双层结构进行了研究,详细分析了其电磁透射特性,各透射峰模式及特有的透射抑制现象。本文以这些研究为基础,利用更加简单省时的传输矩阵法进一步深入讨论了由不同厚度完美金属栅组成的双层结构的电磁透射特性,并利用此结构的特殊电磁特性实现了折射率传感器和光二极管的设计。第一章全面介绍了异常透射效应的发现和研究历史。叙述了各种亚波长微结构中的研究工作,详细介绍了多层亚波长栅结构电磁性质。近年来,还将研究波段从红外及可见光拓展到了微波波段,并发现了该波段中许多特殊的性质。本章最后,介绍了本研究组在红外及可见光波段对亚波长金属双栅电磁透射特性的研究,这些均为本论文的研究基础。第二章详细介绍了适用于研究多层金属栅结构透射谱的传输矩阵法,它比其它算法更加简单快捷。文中根据实际情况(如两栅的厚度不同及可见光波段范围内狭缝中波矢并非真空中波矢),对传输矩阵法做了具体的调整和完善。第三章利用传输矩阵法详细地研究了不同厚度的完美金属栅组成的双层结构的电磁透射特性。从透射谱和场分布讨论了不同透射峰的模式和物理机制。并在透射谱上发现了不随栅厚度改变的透射抑制线,根据其电磁场分布特征,建立简单模型来理解其物理机制,并获得了透射抑制发生时波长、纵向间隔及横向位移之间的解析关系。第四章介绍了利用金属双栅透射抑制现象的光二极管。透射抑制现象及其简化模型可以得到单向抑制条件。亚波长金属微结构阵列中增强透射的三个条件可以用来实现反向的高透。基于这两个原理设计出的金属双栅结构的光二极管可以实现零级的单向传输。第五章提出了金属双栅结构的反射式折射率传感器。F-P腔模式及衍射消逝波耦合作用的相互竞争,导致在某个间距范围内金属双栅具有特殊的反射特性。在此范围内,改变两栅间介质的折射率变化,零反射率对应极高的角度灵敏度,因此可以通过测量某一特定波长零反射时入射角度以确定介质的折射率,这在生物分子及生化反应探测领域应该具有潜在应用价值。