近些年,随着各种通信技术的快速发展,整个社会的信息共享越来越广泛,在人们享受交互信息的便利时,网络或终端中的海量信息也需要处理,这对集成电路即微芯片的信息处理能力提出了更高的要求。集成电路的集成度很大程度上决定了其信息处理能力,而传统的电子集成电路集成度已经达到纳米量级,使其很难突破固有的物理极限和技术瓶颈,进一步提高集成度。并且电子集成电路有很多不可忽略的缺点,如:传输速度慢、抗干扰能力差、频带宽度窄、功耗高等。而光集成电路具有超高速、低功耗、超宽频带信息处理等优点,有望替代电子集成电路,是近些年来各国学者研究的热点。基于硅基光学的集成电路取得了良好的制造和应用研究成果。然而,由于光的衍射,基于硅基的光学器件的尺寸被限制在光的半波长范围内,它不能满足进一步增加集成度的需求。表面等离子体激元是一种沿着金属-介质表面传播的电磁波,是由金属表面上的自由电子和入射光之间的共振形成的,它具有高度局部化和表面增强的特性,基于这一特性,可以突破光的衍射极限实现在亚波长范围内对光的操纵,可以进一步提高光子集成电路的集成度。在信息处理过程中,所有信息都会被转换为数据流被集成电路处理,而落实到集成电路的内部则是计算器件的逻辑运算,所以,集成电路内部实现逻辑运算功能的计算器件是集成电路处理信息的核心部件。基于表面等离子体激元的结构可以增加光子集成电路的集成度,因此,研究基于表面等离子体激元的计算器件,对提升集成电路的信息处理能力有着重要作用。本文基于表面等离子体激元设计了多逻辑功能器件和多功能计算器件,具体的研究内容如下:1.引入了金属的经典自由电子气模型,用于描述本文中金属的特性。根据麦克斯韦方程组,得到了表面等离子体激元的色散关系,理论证明了可突破衍射极限,亚波长约束等表面等离子体激元的特殊性质,介绍了表面等离子体激元的激发方式。2.提出了一个新型的基于表面等离子体激元的多逻辑功能器件,它由两个半圆腔体和一个矩形波导构成,其传输谱线带有等离子体诱导透明（Plasmon-induced Transparency,PIT）效应型曲线。使用耦合模理论和时域有限差分法（Finite-difference Time-domain,FDTD）分析了其传输特性,依据这种特性,在不同波长处,实现了六种逻辑运算,并研究了结构参数对六种逻辑门的性能的影响。3.提出了一个新型的基于表面等离子体激元的多功能计算器件,它由一对竖直波导和一对水平波导组成,两组波导交叉形成环矩形腔体。仿真分析了其传输特性与初始输入光相位的关系,基于此,该器件在两个波长处分别实现了半加器和半减器的功能,并研究了结构参数对半加器和半减器性能的影响。所提出的两个基于表面等离子体激元的逻辑运算器件,对于提高光子集成电路的集成度具有重要作用。