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短程表面等离子波（短程SPP）是由金属薄膜导引的一种特殊的横磁（TM）表面电磁波。其模场高度趋肤于金属表面，在生化小分子传感、增强有源材料发光效率、实现高度集成光电功能器件等方面有着诱人的应用前景。本论文针对金属短程SPP与介质波导模式的异质耦合机理和特性，及其在集成功能器件中的应用开展了深入的理论与实验研究。提出短程SPP-介质波导（DW）垂直异质耦合结构。针对短程SPP模式无法以集成方式有效激励的难点，提出由金属和介质波导组成的垂直异质耦合结构，可实现在集成器件中激励、探测短程SPP模式。建立了二维、三维短程SPP-DW垂直异质耦合的理论分析平台，引入适用于高损体系的正交归一化方法，实现了对短程SPP与DW模式异质耦合的模拟和分析。理论研究了短程SPP与介质波导（DW）模式异质耦合的机理和特性。通过研究不同偏振状态下耦合本征模式的色散曲线、模场分布以及耦合效率与波长、结构参数的相关性，明确了短程SPP无法与DW的TE模式耦合，而与DW的TM模式可发生高效耦合这一特性，论证了利用DW的TM模式耦合激励、探测短程SPP的可行性。研究表明，该异质高效耦合需满足传播常数匹配条件并选择合适的波导间距；本征模场虚部引起的非零激励初始相位，导致两模式耦合长度的非对称性。实验研究了短程SPP与SiNx波导模式的异质耦合特性及应用。探索了短程SPP-SiNx耦合结构的工艺制作流程和测试方法，制备出短程SPP-SiNx垂直异质耦合器，测试结果证实了短程SPP与DW的TE模式无耦合，而与DW的TM模式可发生高效耦合这一理论结果，验证了利用普通DW光波模式耦合激励短程SPP的可行性。同时实现了一种基于该耦合结构的TE光起偏器，TE/TM消光比可高达30dB，插入损耗0.17dB，长度小于100μm，比同类起偏器尺寸缩小两个数量级。探索短程SPP-DW耦合特性的折射率敏感性及其在传感上的应用。发现短程SPP-DW异质耦合对薄层物质折射率异常敏感，进而提出了一种可集成的、探测超薄物质折射率的新方案。理论分析表明，当被探测层厚度仅为波长的1/15时，传感分辨率仍可达5.5×10-6RIU，优于现有同类报道一个数量级。实验制备了基于异质耦合结构的传感器，观测到输出功率随折射率的显著变化，分辨率约为1.2×10-5RIU，初步验证了其折射率传感特性。