金属纳米结构的局域表面等离子体共振(Local surface plasmon resonance, LSPR)传感技术因其灵敏度高、测量速度快、无需标记和实时监测等优点在生物化学监测领域备受重视。基于LSPR的生物传感器利用共振波长随周围环境折射率的变化而发生偏移的特点进行传感测量,金属纳米粒子的形状尺寸与LSPR的关系以及如何通过形状尺寸对LSPR进行波长调控和优化一直是研究者重点关注的问题,也是实际应用中的关键技术问题。针对这些问题,本文采用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)数值研究了金属纳米颗粒的局域表面等离共振特性与不同方向的形状尺寸变化之间的关系,得到了共振波长与各方向的形状尺寸的函数关系式。研究了LSPR的消光效率及半高宽与各方向形状尺寸的关系和规律,并根据所得关系在特定波长下对四种形状纳米结构进行了LSPR传感特性优化,得到了各基准波长下高品质因子的优化结构。本论文的主要研究内容和结果有：1)不同方向上的形状尺寸变化对金属纳米结构的局域表面等离子体共振特性的影响规律不同。平行于入射光偏振方向的形状尺寸对LSPR的影响最大,该方向上的尺寸增加、形状尖锐化使共振波长红移,反之则蓝移；垂直于入射光偏振方向形状尺寸对LSPR的激发起次要作用,随着这个方向的尺寸增加,共振波长蓝移。2)空气中等体积、等高的菱形、椭圆形、三角形金属纳米颗粒的LSPR波长和偏振相关形状参量ξ近似成二次函数关系,空气中唯一确定LSPR波长的形状参数L与ξ有很好的线性关系：1/L=aζ+b,其中系数a反映了光偏振方向上的尖锐程度。3)研究了椭圆形、矩形、菱形和三角形纳米颗粒的LSPR波长与各方向尺寸的关系规律,并得到它们的函数关系式。平行于入射光方向的尺寸与共振波长有很好的线性关系,可用λ(x)=k1x+b1函数进行拟合；垂直于偏振方向尺寸的倒数与共振波长成线性关系,用λ(y)=k2/y+b2函数拟合；沿光入射方向的尺寸的倒数与共振波长也成线性关系,用λ(z)=k3/z+b3进行拟合,其中k1、b1、k2、b2、k3、b3均为大于0的系数。4)各个方向的形状尺寸对LSPR的消光效率均有饱和效应,存在着较小尺寸的起振值和较大尺寸的饱和值,当尺寸小于起振值时,消光效率低,半高宽很宽,当尺寸大于饱和值时,半高宽也较宽,在起振值和饱和值之间,半高宽有最佳值。5)通过对不同纳米颗粒的不同方向尺寸进行调控,可以实现特定基准波长下LSPR传感特性的调控与优化。对于椭圆形、矩形、菱形和三角形金纳米粒子,在700nm基准波长下椭圆形纳米粒子具有最高品质因子,达到2.10,三角形的最低；900nm和1100nm时,菱形品质因子最优,分别达到3.92nm和5.5,椭圆形的品质因子较低,只有3.63。通过形状尺寸优化调控得到的品质因子均比未优化前提高30%以上。本文研究结果为LSPR传感器应用中的共振波长调控和传感性能优化提供理论指导和参考。