表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是通过改变金属表面的亚波长结构实现的一种光波与可迁移的表面电荷之间电磁模,可以支持金属与介质界面传输的表面等离子波,从而传输光能量,且不受衍射极限的限制。正因为SPPs这种独特的性质,使其在纳米量级操纵光能量的应用中发挥着重要的作用。本文的研究以对称SPPs波导结构为基础,旨在深入分析改进对称波导结构中的表面等离子体激元的放大与传播特性,为实现表面等离子技术在等离子芯片、光电集成的应用提供了方向。本论文主要做了以下几个方面的研究工作:首先介绍了表面等离子体激元的基本参数特性,分析了表面等离子体激元的色散关系,阐述了金属-介质、加载介质、长程、金属-介质-金属4类SPPs波导的发展概况,重点分析了Kretschmann结构的SPPs耦合模型。设计了一种改进的对称金属波导结构的SPASER(Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation)放大器,建立了改进MIM结构反转粒子束方程。通过有限元基模分析的方法验证了设计结构电磁场强局域化特性,FDTD分析进一步得出了结构可以提高近20倍的SPPs传播距离,能够实现在传播增强的同时不发生增益-补偿导致的不稳定现象。这一对称金属波导放大器的改进设计将为大规模集成光子学芯片设计提供理论和技术基础。设计了一种改进对称介质波导结构的SPPs器件,采用了加载玻璃的多层波导结构,引入了Kretschmann结构模型实现SPPs的激发,实现了无需牺牲波导亚波长尺寸提高SPPs传播距离的特点。FDTD分析结果表明:改进的波导结构能够显著增加SPPs传播距离和提高电场强度,大约提高了近20倍的SPPs传播距离。采用对比不同厚度的薄膜层发现:薄膜最薄时,局域化效果最好;改进结构能够显著增加SPPs耦合效果。这一结构为SPPs在新型光子器件、宽带通讯系统、微小光子回路、光电子集成等方面应用提供关键器件。