由于科技的发展与器件制作工艺的进步,用于信息处理的单元器件的尺寸已逐渐趋近于原子尺度量级。纳米尺度下,无法避免的量子效应将使经典的信息技术走到摩尔定律尽头。局域腔模场与量子系统相互作用的研究,已经成为量子信息科学与技术的重要领域之一。设计具有高品质因子(Q)或小模式体积(Vm)的光学微纳腔,在光通信和量子信息领域具有重要的应用。利用多层双曲超材料(HMM)所具有的独特的色散关系,可以实现微腔对光场的强烈局域。腔内激发的局域表面等离激元共振(LSPR),可以实现超小的模式体积。本文基于双曲超材料的特性,对等离激元光腔的品质因子、模式体积等光学性质进行了探讨。本文主要内容如下:1.介绍了表面等离激元的定义及分类,并基于麦克斯韦方程组,计算了表面等离激元在双层结构和三层结构中的电磁场分布。利用时域有限差分法求解麦克斯韦方程组,并介绍求得稳定解的条件以及所使用的仿真计算软件FDTD solutions;2.介绍超材料的定义,并依据不同的色散关系,将超材料分为I型和Ⅱ型。介绍实现超材料的两种方法:多层型和纳米线阵列型,并介绍超材料在自发辐射增强中的应用;3.光学微腔的主要性质为品质因子,模式体积和普赛尔因子。通过介绍不同种类微腔的优缺点,展现超材料微腔的优良特性。4.选取银和氧化铝作为初始材料,利用FDTD solutions仿真软件,对多层型正方形微腔进行仿真,结果表明在可见光波段存在两个主共振,以此确定基本的仿真环境。讨论不同半径的正八边形光腔的透射谱,通过共振位置的场分布情况,确定主共振来源于LSPR。讨论半径不同的圆形光腔的透射谱,发现杂散共振的存在,说明多边形及圆中存在非LSPR的模式。5.简化模型,将多层超材料微腔确定为矩形。并分别改变x和y两个维度的腔长,发现共振波长可以随之改变,且沿偏振方向的腔长对结果影响更显著。通过计算微腔的模式体积,发现最小的模式体积为10-6λ3,并且品质因子与模式体积的比值(Q/Vm)可达107λ-3,这一结果达到同等方案的领先水平。此外,分别讨论不同金属填充率和相同面积的不同截面形状的微腔的透射谱,发现在改变这些参数时,对微腔共振位置影响较小。这说明微腔性能稳定,可允许实验中的微小误差。总之,利用双曲超材料的特殊性质,为可见光波段的超小模式体积的光学微腔研究,提供了一种新思路。