如今,石化能源趋于枯竭,癌症严重威胁着人类的生命,开发新能源和治愈癌症成为人类面临的两大迫切需要解决的问题。太阳辐射能取之不尽,用之不竭,是人类理想的新能源,开发太阳能首先需要解决的问题是,提高太阳辐射能收集的效率,而目前的收集效率都不是太理想。治愈癌症的首要问题是要尽早发现癌症细胞,越早诊断出癌细胞,治愈的几率越大。因此,开展以太阳能利用为主要用途的能量收集和以肿瘤细胞高灵敏度探测为主要目的的生物传感器研究具有重要的学术和应用价值。利用有限元法,从理论上研究了不同器件的等离子体纳米结构和吸收体设计。获得了高品质因子和FoM值的多个Fano共振结构。应用对称破缺技术来激发多个高阶暗模。在相对简单的结构中实现了等离子体诱发抗透明（PIAT）和等离子体诱发透明（PIT）。机理上,这种减少对称性是通过引入两个面对面的纳米间隙和在相反方向上旋转/移动这两个纳米间隙来实现的。吸收器设计可用于实现基于高输入电压的可调谐和灵活的完美吸收。基于电光衬底的吸收器非常灵敏,可以用来将谐振波长移动到所需的波段,而不改变光谱的线形。在输入电压变化高度敏感的宽波段,所设计的器件具有与入射角基本无关的吸收特性,可用于传感、检测、能量收集和成像。在研究吸收器的过程中,本文构造了多开口环等离激元结构,发现其存在多个FANO模、PIAT模和PIT模。众所周知,这些模式有许多新的应用,特别是在传感器方面,因此,我们对基于所提出的等离子体结构的传感器进行了一些研究。本文计算了法诺、PIAT和PIT共振的折射率高灵敏度特性,用以评估生物传感应用。对于背景材料,使用不同的溶剂,包括健康和癌组织的折射率,所设计的器件的最高品质因数（FoM）和单侧品质因子(Qss)分别为808和654。对于输入电压可调谐性,计算得到的相对灵敏度高达4.802×10-44 V-1。计算得到的折射率灵敏度（S）、分辨率（δ）和折射率极小检测限值(?nmin)分别为964 nm/RIU、1.1 nm和0.001。所做的设计还可以在开关、滤波、谱线工程和慢光器件中得到重要应用。主要工作和成果如下:i)使用相对简单的Q形金属圈为元胞超表面结构设计,获得了高质量因子和高FoM值。通过旋转纳米棒并结合纳米间隙来减少对称性。观察到的Qss值高达196,FoM值达到105。ii)使用置于介质衬底面上的两个带纳米间隙的金属嵌套纳米圆圈为元胞构造超表面结构,在相反的方向旋转纳米间隙以打破结构的对称性。分别利用健康组织和癌组织的折射率作为背景材料,研究评价其生物传感特性。计算所得的Qss和FoM值分别高达566和391。iii)使用置于介质衬底面上的两个带纳米间隙的金属嵌套纳米方形圈为元胞构造超表面结构。利用纳米间隙在相反方向做对称性位移时,获得了窄PIT和PIAT共振。研究了产生PIAT共振和等离子体诱导透明（PIT）共振的统一机制,它与模拟结果相吻合。使用不同的背景折射率来或改变背景物质,以检验生物传感设计特性。FoM和Qss分别升至808和654。iv)使用放置于由厚金属基底支撑的电光材料层上的十字形平行金属纳米棒,构造出一种超表面结构。在该设计中,我们应用不同的背景折射率用于生物传感和输入电压,以将谐振调整到期望波段,相对灵敏度高达4.802×10-44 V-1。v)等离子吸收体被设计成在500 nm至2000 nm和以上波段实现吸收。在金属-介电-金属结构中,引入电光材料作为介电材料,以将谐振波长移至感兴趣的范围。该谐振器由金属片组成,每个谐振器将大量的光耦合到电介质和金属基底层。为了验证仿真结果的有效性,进行了一些理论分析,理论与仿真结果吻合较好。通过太阳光谱和吸收光谱的积分,计算了吸收器的实际太阳能吸收效率。总效率高达76.35%,接近88层设计的高效率。