表面等离激元(Surface Plasmon Polariton,SPP),是金属表面自由电子在外加电磁场的诱导下产生的集体共振。它是一种沿金属-介质分界面传输的表面波,其横向尺寸为亚波长量级,具有低维度、高强度与亚波长尺度的特性。自从被发现以来,表面等离激元便因其独特的光学特性吸引了许多科研工作者的目光。这些独有的特性使它在众多领域中得到了广泛地应用,包括亚波长结构的增透效应、数据存储、近场光学、提升表面增强拉曼散射和超分辨率成像等。表面等离激元作为连接电子学与光子学的天然纽带,研究其高效的激励机制及传输机制对于在亚波长尺度上操控电磁波具有重要的意义。本文基于超薄人工金属光栅条带波导结构,围绕人工表面等离激元模式与自由空间传播模式之间的“模式转换”展开了一系列研究。通过探索亚波长人工波导结构特殊的传输特性,寻求在调控人工表面等离激元及空间波转换间的新耦合机制。本文的主要内容如下:1.将相位反转结构引入双层人工表面等离激元波导中,在相邻的反转单元间形成π的相位差,通过周期的突变结构激励高次模产生定向辐射。利用结构上的变化导致沿其传输的表面波产生高次模,在结构不连续处产生漏波辐射。2.提出将折射梯度单元理论用于解决在传导模式下人工表面等离激元的色散相位补偿问题;基于超表面单元的相位调制,设计一维折射梯度辐射阵列,可有效地将人工表面等离激元模式转化为自由空间波。3.提出双线人工表面等离波导微腔结构,通过分析微腔内FP模式与表面等离激元模式的相互作用、计算色散关系及模场分布,揭示双线人工表面等离激元微腔中两种模式的物理特性,并利用微腔结构的对称模式设计双路功分馈电网络。4.利用双线传输波导的远场耦合效应,以激励表面等离激元的反对称模式形成辐射;通过在平行双线微腔内嵌入V型超表面单元,其对称破缺单元将会与微腔共振耦合,激励起反对称表面等离激元模式,探索其中的辐射机理。