集成光路是由微小的光子器件构成,然而由于光子器件的尺寸受衍射极限的限制,难以对其进行纳米化和集成化。利用表面等离激元,可以突破衍射极限,从而实现光子器件的纳米化和集成化。石墨烯作为一种具有特殊电学、光学等性质的二维材料,相比与传统的金属表面等离激元具有灵活的可调谐性、强大的场束缚能力以及较低的传输损耗。六方氮化硼是一种具有双曲色散特性的天然二维材料,因其内部支持的双曲声子极化模式具有与石墨烯表面等离激元相近的色散曲线,因而石墨烯-六方氮化硼异质结具有众多优越特性。当光被引导通过波导时,石墨烯和六方氮化硼对光的损耗最终会转化为热。目前,大多数研究工作都集中在石墨烯表面等离激元或石墨烯-六方氮化硼异质结的光学性质上,而对其光热性质则研究较少,仍需进一步探索。除了光学特征尺寸之外,热特征尺寸是另一个限制光学互连最大集成密度的重要因素,在实际设计中应将其最小化。因此对光热特性进行精确的表征对于这些结构的设计和优化至关重要。本文聚焦石墨烯等离激元波导的光热效应,将有限元数值方法用于光场和热场的计算,实现对表面等离激元波导器件的多物理场一体化仿真与分析。首先,介绍了如何基于电场矢量波动方程和电磁边界条件确立光场部分的有限元边值问题,根据里兹变分法或伽辽金加权余量法建立光场有限元矩阵方程,求解可获得待求解结构的电场分布,然后,以电场产生的热量作为热源,基于热传导方程和热边界条件确立热场部分的边值问题,根据里兹变分法建立热场有限元矩阵方程,求解可获得温度分布。然后,基于有限元数值框架对两种新颖的混合石墨烯表面等离激元波导的光热效应进行了建模和表征。将石墨烯片等效为二维阻抗表面,有效缩减了传统三维建模的计算量,分析了影响这两种波导结构光热性能的主要因素,包括石墨烯的电导率,入射光的波长和功率密度。这些发现从光热角度而非常规的光学角度揭示了它们的物理特性,并表明热特征尺寸是影响最大集成密度的潜在因素,这为在光学互连中设计和使用混合石墨烯表面等离激元波导提供了有用的见解。最后,分析了一种基于石墨烯包覆六方氮化硼纳米线波导结构,该结构可以支持表面等离激元-声子极化混合模式。基于有限元法结合有效折射率法对该波导所支持的表面等离激元-声子极化混合模式进行了模式分析,然后根据光场所得出的电场结合材料损耗作为热源,计算出了温度变化情况,从多个角度对石墨烯包覆六方氮化硼纳米线波导的性能进行了分析,为实际设计提供了具有意义的参考。