金属纳米颗粒在电磁场和辐射增强等领域有着广泛的应用。本论文针对金属纳米颗粒对电磁场增强、辐射速率增强以及辐射方向变化方面展开研究。针对金属纳米结构,论文从理论上研究了其辐射增强机制。本论文主要研究金属纳米结构对辐射点源的增强效应,而后将聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)层置于金纳米颗粒与金基底或二氧化硅基底之间,研究不同数量、布局、尺寸的金纳米颗粒对处于PMMA夹层中的分子或量子点辐射源总辐射速率、远场辐射速率、辐射方向的影响。计算表明,随着金纳米颗粒的数量增多,总辐射速率和远场辐射速率都有增强,且当金纳米颗粒半径满足局域等离子激元共振条件时会出现总辐射速率、远场辐射速率峰值。当金纳米颗粒的间距为某一特定值时,可实现单侧辐射或中心辐射,此时不需要数值孔径很高的物镜就能收集到所有的光。通过测量远场辐射方向图,可以反推出纳米颗粒的数量、布局、尺寸的变化情况,从而实现纳米颗粒数量、布局、尺寸的高精度传感。实验上采用离焦处理的方法定性地验证了金属纳米颗粒的辐射方向的指向性,并在理论上利用准简正模式(Quasi normal mode,QNM)证明了荧光与散射光其发射方向均相同。研究结果对荧光分子传感、自发辐射增强具有指导意义。