近年来随着制作工艺的进步,人们可以制作出微纳米量级的光学器件。一些基于表面等离子体激元和局域表面等离子体的金属纳米结构(主要是纳米光学天线)具有突破衍射极限的能力。通过使电磁辐射集中到亚波长尺度以产生极强且高度局部化的电磁场(称之为热点),引起了众多科研工作者的关注,并试图探索这种现象的潜在应用。这种光学性质为研究者们提供了一种可以在纳米尺寸内操纵光的方法,并且该方法仅仅受到金属纳米结构自身的形状、尺寸、材料以及周围介质的影响。然而,目前实验室在研究这类纳米结构的光学性质时,通常使用复杂昂贵的光路系统,限制了这些光子器件的进一步应用。本文基于耦合模理论、金属表面等离子体理论以及传输线阻抗匹配理论,首先设计了一种由二氧化硅基板、锥形纳米光纤、条形单模波导以及连接器四个部分组成的集成光子平台的设计方案,其中连接器是整个集成光子平台的核心部件。连接器能够将纳米锥形光纤与单模波导实现高精度的对准连接,并将光纤固定在基板上,实现了光纤与波导之间的高效耦合(耦合效率高达96%),同时也证明了连接器可以有效防止背景辐射穿透到光路中。之后深入研究了集成在光子平台顶部的普通和改进型蝴蝶结孔径天线的光学特性,讨论分析几何参数对这几类天线的电场增强因子和波导传输的影响。结果表明,硅波导透射率受到波导模式与天线激发的表面等离子体激元模式之间干扰的影响,而天线的场增强因子主要由天线纳米间隙中发生的局部等离子体决定。天线最大场增强因子处对应的波长与硅波导最小透射率对应波长之间并不匹配,这表明在某些多模式传输情况下,直接测量硅波导透射光谱可能会产生较大的误差。数值模拟结果表明,通过改变蝶形孔径天线的尺寸参数,可以有效地调节局部表面等离子体共振波长以及相应热点的面积和形状。此外,我们发现通过在垂直于波导模式传播的方向上添加额外矩形腔和蝴蝶结腔来优化蝶形孔径天线,可以进一步实现电场增强。上述研究为进一步优化片上蝴蝶结孔径光学天线,并将其应用于表面增强拉曼光谱、近场光学显微镜、高灵敏度传感器和等离子体光镊等奠定了基础。