微纳尺度结构中具有特殊光学模式,比如光学塔姆态、表面等离子体、体等离子体等,通过研究这些模式共振的物理机制,可优化光子局域特性。光学塔姆态也被称为塔姆等离激元,是一种新型光学模式,常见于金属和多层光子晶体交界面处,能被TE偏振和TM偏振光同时激发,不要求特别的入射角度就可以进行。但是,传统塔姆结构由金属和光子晶体组成,对于激发环境有限制作用,并且光子局域场位于多层塔姆结构内部,削弱了塔姆等离激元应用价值。本论文的主要工作利用光学塔姆态与导模共振和缺陷模式的耦合杂化,设计了两种新型的混合塔姆结构,探索了其中光学模式的产生规律和物理机制,优化了具有光子晶体多层膜的多层塔姆结构,并且延伸到了同为多层膜结构的由金属/介质组成的双曲超材料的光学特性研究,目前所做工作概括如下:1.提出了一种由光栅层和金属-光子晶体异质结构-金属（M-PCH-M）组成的混合塔姆结构,研究发现了存在导模共振（Guide mode resonance,简称GMR）和光学塔姆态（Optical Tamm state,简称OTS）两种模式,设计了高性能可调谐多通道吸收器,实现了来自不同共振模式的四个高吸收峰。使用了传输矩阵理论（Transfer matrix method,简称TMM）分析了所提出结构的光谱情况。通过调节光栅周期,两种模式之间的强耦合作用也可产生模式杂化。还有可以通过调整入射极化角或石墨烯化学势来主动调制基于GMR的吸收峰。在该结构的基础上,也研究了其作为折射率传感器的性能。通过研究不同结构参数下的性能,灵敏度最优为950 nm/RIU,且品质因数（figure of merit,简称Fo M）为161 RIU-1。2.提出了一种由单层石墨烯和带缺陷层的多层光子晶体组成的新型多层塔姆结构,发现了塔姆等离激元（Tamm plasmon polariton,简称TPP）可以在顶部石墨烯界面被激发,它可以与这种耦合结构中的缺陷模式产生强烈的相互作用。结构的光谱特性可通过调节多层光子晶体层的数量被动调节,并通过石墨烯的化学势和光的入射角进行主动调节,从而实现了具有强相互作用的可调双峰完美吸收。缺陷模式的共振波长对缺陷层的厚度和折射率的改变比较敏感,仿真分析了其在检测物质变化引起的折射率变化的传感器上的可能应用。优化环境层和入射角度等结构参数,得到该折射率传感器性能最优为灵敏度1.01 THz/RIU和Fo M=631.2 RIU-1。3.在多层塔姆结构色散特性研究的基础上,提出了一种基于金属-介质多层膜结构的超分辨光刻技术研究。基于双曲超材料（hyperbolic hyperamaterial,简称HMM）的双曲线色散特性,可以实现超分辨率光刻。仿真结果表明,当掩模光栅为145nm时,光刻半周期为32.7nm（～λ/11.12）。并且根据严格耦合波理论（rigorous coupled wave analysis,简称RCWA）理论可以得到HMM的光学传递函数（optical transfer function,简称OTF）,通过改变金属的厚度、介质的厚度和单位周期的对数可以实现OTF通带窗口的调整和优化。最终获得了理论上可行的更优异的光刻效果。此时采用5级次体等子体激元,掩模光栅周期为360 nm,得到光刻半周期为23.4 nm（～λ/15.5）的干涉光刻效果。