表面等离子体光子学是一门将表面等离激元技术应用到光子学领域的新型科目,它是纳米光子学最重要的组成部分。由于表面等离激元具有新颖的效应和有趣的物理机制,特别是基于贵金属的表面等离激元共振所产生的一些光学特性在实际应用中具有很大的潜能和价值,所以近年来备受人们关注。随着现代信息技术的飞速发展,对器件小型化、高集成化的要求越来越高,人们开始在局域表面等离激元和传播表面等离激元的基础上进行光学器件的设计,例如制造表面等离子激元元件和电路、纳米波导、表面等离激元光子芯片、耦合器、调制器、开关、亚波长光学数据存储以及超越衍射极限的超分辨率成像等,实现了光信息在纳米尺度下的传输和处理。本文根据表面等离激元的发展背景、现状以及前人在这方面的研究成果,主要做了两部分研究。第一部分主要设计并研究了类熊猫眼二聚体纳米结构的Fano共振及其物理效应。第二部分主要设计并研究了基于金属-介质-金属波导结构的两种耦合系统,并且分别研究了这两种系统的光学特性和物理效应。第一部分的研究内容是基于局域表面等离激元进行的。该部分设计的类熊猫眼银纳米二聚体结构可以产生高阶磁模式并实现多重Fano共振,并且通过改变纳米结构参数,可以有效地、独立地控制磁模式的强度,此外电场和磁场分别可以达到入射场的390倍和38倍。该结构在多波段表面增强光谱和生物化学传感方面具有潜在的应用价值。第二部分的研究内容是基于传播表面等离激元进行的。该部分设计了两种基于金属-介质-金属的波导结构。第一种结构是一个基本的系统,该系统能够实现滤波效应。通过改变结构参数,可以实现滤波带的展宽和移动。为了提高系统的性能,设计了第二种结构,该系统实际上是对第一个系统的优化。由于连续态和离散态的耦合,透射谱中出现了 Fano共振和电磁感应透明以及滤波带。研究结果表明:通过改变结构参数可以独立或同时地调控Fano共振和电磁感应透明。该波导耦合系统可以动态控制光,有利于慢光和滤波的应用,并且还具有良好的滤波性能。