表面等离激元共振是材料表面自由电子在外部入射光场的作用下,在材料表面形成的一种表面束缚电磁波。因其具有很强的局域场增强特征,使其在生物传感、单分子探测、纳米光刻等方面有着广泛的应用前景。表面等离激元主要分为局域表面等离激元和传播表面等离激元两类。在局域表面等离激元的特性与应用方面,本文分别研究了等离激元尺子、表面增强拉曼光谱的超快选择激发。在传播表面等离激元方面,研究了飞秒激光在半导体表面激发表面等离激元,导致光场强度周期分布和能量的周期沉积,形成了亚波长周期条纹。本文取得的主要研究成果如下:（1）设计了一个基于三聚体纳米结构的Fano共振等离激元尺子,它由一个同心方形环盘和一个外部的纳米立方组成。通过调节同心环盘和外立方体的间隙,或者固定外立方体中心进行定轴转动,研究了纳米结构不同等离激元模式的耦合、Fano共振强度、线宽和对比度。结果表明,与普通等离激元共振相比,这种Fano共振等离激元尺子的探测灵敏度提高了20-80倍,能实现外部纳米立方平移1?和转动1o的高精度测量。（2）拉曼光谱提供分子的振动、转动等信息,被称为“分子指纹”,广泛应用于化学、物理学、生物学和医学等领域。表面增强的拉曼散射作为研究和监测分子行为的一项重要技术受到了广泛的关注。整形飞秒脉冲是相干控制分子振动、旋转等动力学的有效方法。本文基于飞秒脉冲整形技术和相干控制理论,通过对泵浦脉冲和斯托克斯脉冲进行π相位调制和光谱剪切,分析和研究了单卟啉分子两拉曼能级的选择性激发条件。实现了327 cm-1拉曼峰的选择激发和367 cm-1拉曼峰的抑制。利用Comsol数值模拟和傅立叶变换,对置于银纳米球二聚体中间的单卟啉分子的增强拉曼光谱的超快动力学进行了研究。结果表明,我们的理论模型同时实现了拉曼增强和选择激发。单分子的拉曼跃迁几率提高了6个数量级以上。在相邻拉曼峰间隔仅有40 cm-1的情况下,选择激发和抑制的拉曼峰的宽度均大于17 cm-1。（3）通过优化入射泵浦脉冲和斯托克斯脉冲的相位和幅度调制,实现了对三个分别为150 cm-1,250 cm-1和350 cm-1的拉曼能级其中任意一个的选择激发。通过调节纳米月牙结构的尺寸调谐Fano共振谷到800 nm飞秒激光中心波长附近,在频谱宽度610 cm-1的范围内实现了极大的电场增强。进一步研究了纳米月牙结构的Fano共振增强对入射整形泵浦和斯托克斯脉冲的超快动力学响应,发现泵浦脉冲和斯托克斯脉冲的电场增强了500倍以上,同时不同频谱成分的相对相位保持不变。（4）通过泵浦探测同轴超快成像技术,研究了单个800 nm,50 fs激光脉冲照射下在具有纳米凹槽的GaP表面亚波长周期条纹的形成过程。发现在泵浦脉冲到达样品表面后几十皮秒内可以观察到周期条纹的生成,之后由于烧蚀物的喷射而导致条纹开始消失,并在数百皮秒时完全消失,留下一个过热的瞬态固体表面。数百皮秒之后,新的条纹出现并慢慢变得清晰。部分条纹在材料凝固后仍然保留,其周期等于两次出现的瞬态条纹的周期。为了理解飞秒激光脉冲诱导周期条纹的机理,把表面等离子体薄层作为多层模型,结合双温模型和Drude模型研究了载流子激发、载流子温度、晶格温度的动力学和瞬态介电常数的时空演化。理论计算结果表明,等离子体层不同深度处的电场分布周期与实验结果一致,两种瞬态条纹和表面凝固后保留的条纹都与空气-等离子体界面SPP激发引起的周期性能量沉积有关。