在超快纳米光子学中，在固体表面得到局部强场进而提高非线性效率成为可能方案表面。表面等离极化激元是一种在金属和电介质界面上的电磁振荡，可以将场局域在亚波长尺度内，具有显著的局域场增强效应。但是使用单束入射光难以对其直接激发，一般需要棱镜、光栅或纳米球等额外结构来满足动量匹配。这些激发方式对工艺要求较高，并且一般针对特定问题要使用特定制造方案，缺乏灵活性，极大地提高了成本。
　　本论文将非线性光学与表面等离极化激元相结合，基于四波混频中的多光子过程，对在金属和电介质单一界面上激发表面等离极化激元进行了基础性研究。由于非线性信号是以表面等离极化激元的形式在界面上局域性传播，金属表面的四波混频效率也得以提高。本论文采用理论模型和软件数值仿真研究了在金和石英界面上利用四波混频激发的表面等离极化激元特性，主要研究内容包括：
　　(1)通过四波混频效应中的波矢的矢量叠加，计算出了激发表面等离极化激元的条件参数，建立了金属表面四波混频效应的理论模型。
　　(2)构建了适用于金属和电介质双层结构的时域有限差分算法实现方案，并使用软件建立了四波混频在金和石英单一界面上激发表面等离极化激元的二维仿真。使用波长为707nm和800nm的两束入射光进行激励，结果表明当激发出表面等离极化激元时，波长为633nm的四波混频信号的电场强度可以被提高两个数量级，并且对入射光束的偏振角和入射角都具有选择性。得到了表面等离极化激元的时域信号，进而研究了入射激光与表面等离极化激元的能量关系。弱场条件下该过程符合多光子能量关系，但在强场条件下不再适用。
　　(3)基于飞秒激光电离石英产生等离子体的损伤机理，通过程序数值计算出了四波混频激发表面等离极化激元的入射光强阈值，并预测了此时可以达到的最高四波混频转换效率。