表面等离激元是光与金属中自由电子之间相互作用而形成的电磁模式，局域于金属与介质界面，传播时对表面结构非常敏感。研究表明，利用表面等离激元可以突破衍射极限，将光子学纳入纳米尺度，引起了人们很大兴趣。迄今为止，人们已经发现了许多与表面等离激元相关的物理现象，例如异常强光透射、表面荧光拉曼增强、电磁感应透明等;同时，人们也开展了一些有关表面等离激元调控与应用方面的研究，例如亚波长成像、等离激元激射、等离激元纳米天线等。目前，表面等离激元因其纳米级的电磁场局域能力、光速般传输速度、增强局域场等优异特性而极有希望成为下一代信息载体。因此，作为小型化光集成回路中的基础性元件，等离激元波导的开发与研制备受人们关注。本论文从实验和理论两方面系统研究新型等离激元波导的设计、制备和传输性质，具体研究内容如下:　　第一，从实验和理论两方面系统研究了基于金属纳米线的等离激元波导中入射光与等离激元的耦合规律以及等离激元在其中的传输性质。一方面，我们在金属纳米线系统中设计多种纳米耦合结构，计算了各纳米结构中入射光与等离激元的耦合效率，揭示出耦合纳米结构的几何参数以及衬底对入射光与等离激元的耦合效率的影响规律，得到了优化的耦合结构，实现了纳米线中光的单向传输;另一方面，我们由麦克斯韦方程组出发，利用严格耦合波近似和有限元差分等方法首先从理论上给出了金属纳米线波导系统中等离激元的色散关系，探讨了等离激元在该波导体系中传播长度和模式面积等变化规律，理论展示并且实验证实了金属纳米线波导系统中等离激元的宽带传输特性。　　第二，我们理论设计和实验实现了基于金属微结构纳米线的等离激元波导中光在微小空间分离以及飞秒级时间延迟特性，构造出芯片上微纳级空间敏感且飞秒级时间延迟的等离激元分光原型器件。理论上，我们运用严格耦合波近似和有限元方法计算出金属微结构纳米线系统中的等离激元能带结构，然后通过在金属纳米线上引入光栅结构，实现等离激元的能带调控;实验和理论证实，当在纳米线中心刻蚀耦合槽，在纳米线两臂位置设计光栅结构时，可实现光谱的空间分离，实现平行式位置敏感的光谱分离器;当白光穿过具有级联光栅结构的金属银纳米线系统时，不同颜色的光在单根纳米线的不同空间位置以飞秒级时间延迟出射，实现了芯片上等离激元波导中光的空间和时间分离。同时，从带边抑制、模式面积以及耦合效率等方面给出了该类等离激元波导对可见光的亚波长分光特征。进一步地，我们又构造出基于金属微结构纳米线网络的二维等离激元网络波导系统，理论证实其具有两维空间分光特性。相关研究可应用于研制芯片光谱仪、等离激元波分复用器等。　　第三，我们构造出由纳米小孔阵列与金属光栅结构组成的二维等离激元复合波导，从实验和理论两方面研究了该系统中等离激元的能带调控和面内传播性质。研究表明，当光入射到该复合纳米结构时，随着纳米小孔阵列与金属光栅结构的相对位置变化，系统中纳米小孔与光栅结构相互耦合导致等离激元发生耦合作用，从而整个系统的等离激元能带结构被调控，进而系统中共振模式发生红移、劈裂或者蓝移等现象;研究还揭示出金属光栅的几何参数可以有效调节该复合结构的光透射行为等。另一方面，我们建立了远场观测等离激元面内传播的实验系统，证实了该系统中等离激元激发和面内传播特征，给出了该二维复合波导系统中各模式的面内传输系数，相关远场测量结果与透射谱的实验结果清晰地揭示出系统中等离激元激发和传播的完整物理过程，与理论计算结果吻合。相关研究可应用于亚波长光传感器和光探测器等新型光子器件。　　总之，本论文从实验和理论两方面系统研究了一维和二维新型等离激元波导的设计、制备和传播特性。一方面，揭示了基于金属微结构纳米线的等离激元波导中光与等离激元的耦合规律，发现了该系统中光的空间分离以及时间延迟的新奇特性，构造出芯片上微纳级空间敏感且飞秒级时间延迟的等离激元亚波长分光原型器件。另一方面，揭示了由纳米小孔阵列与金属光栅结构组成的二维等离激元复合波导系统中等离激元的能带调控和面内传播性质，发展了远场观测等离激元面内传播的实验手段，给出了该二维复合波导系统中各模式的传输特征。相关研究结果可应用于研制多功能集成的光子芯片、芯片光谱仪、等离激元波分复用器、亚波长光信息并行处理器等。