表面等离子体(Surface Plasmons,SPs)是沿金属表面传播的波,通过改变金属表面的结构,SPs的特性中包括色散关系,激发模式以及耦合效应等,尤其是和光的相互作用都可以实现调控。因此利用SPs可以设计出新型的光子器件,在亚波长光学、光激发、数据存储、显微术以及生物光子学等领域都具有广泛的应用前景。本文采用时域有限差分法(FDTD),研究了亚波长金属纳米结构表面等离子体共振的基本物理机理和调控机制。其工作对金属纳米结构的光子器件设计具有指导意义。　　 研究了具有有限长度且轴向垂直于金属薄膜的金属纳米管和金属薄膜系统的表面等离子体共振特性及其相互作用,讨论了纳米管结构参数X(纳米管内外半径之比)、金属纳米管.薄膜之间距离和金属薄膜的厚度对表面等离子体共振特性的影响。我们发现:在可见光波段得到了可调的尖锐的表面等离子体共振峰。研究表明:只有金属纳米管时,存在成键态,反键态两种模式;当加入金属薄膜时,金属纳米管和金属薄膜系统则出现另一模式——虚拟态;当薄膜厚度很小时,与纳米管相关的局域化的表面等离子体能够在薄膜上下表面都诱导镜像,所以简并态分裂成两个态。　　 研究了周期性金属纳米管阵列的表面等离子体共振特性,讨论了内外半径、纳米管之间的间距、金属纳米管的数目、内外介电环境及结构的各向异性的程度对透射谱和场分布的影响。我们发现:在光波段出现了很宽的光子带隙,在邻近纳米管间隙处出现大量的反向排列的表面电荷。我们认为:这种局域的表面等离子体共振模式来源于多极等离子体的极化。　　 研究了周期性的蝴蝶结形状的金属纳米天线阵列的光学响应,讨论了蝴蝶结间隙宽度、圆锥尖端直径、邻近蝴蝶结间距以及外部介电环境对透射谱和场分布的影响。我们发现:在光波段出现了光子带隙,电场Ex分量主要局域在横截面的尖角处尤其圆锥末端,Ey分量局域在蝴蝶结的外侧和间隙处,天线每一个分节的中心和间隙处存在180°的相位跃变。