信息时代的强力推进带来了光子学研究的日益深化与光子学技术大踏步的前进,催生了纳米光子学这一新的充满蓬勃活力的新领域。此领域的发展紧密依赖于薄膜制备技术的成熟与完善,以制备出体积更小,性能更优的光子学器件。近年来,两种材料界面处的新的、奇特的物理性质的研究派生了许多前沿的研究领域,也为纳米光子学注入了活力。表面等离激元(Surface plasmon polaritons,SPP)本质上是一种界面内的电磁场与电子气的集体振荡模式,并且在与界面垂直的方向迅速衰减,是一种“倏逝波”,具有场局域和场增强性质,其能够将电磁场的能量限制在亚波长尺度内,使场振幅增加数个量级。传统的等离子学(plasmonics)系统以各向同性电介质为基底,以金属材料(尤其是贵金属金或银)作为导电薄膜。而金属材料极高的固有损耗制约着基于金属的等离子学器件的发展,激励着研究者寻找低损耗的等离子学材料系统。其中透明导电氧化物薄膜以及介质界面形成的二维电子气作为低损耗红外波段等离子学材料系统受到了广泛关注。然而,无金属参与的可见光等离子学材料系统报道较少。本论文围绕基于铌酸锂/氧化铟锡(LN/ITO)系统的静电改性所形成的二维电子气,系统探索其所支持的可见光波段的杂化表面等离激元特性,以及其对入射光的非对称散射进行了较深入的研究。并将LN/ITO组合扩展到一般的铁电/透明氧化物(FO/TCO)组合,为设计新型超低损耗的等离子学系统提供新的思路。首先,利用托马斯-费米半经典屏蔽模型,对LN自发极化电场对ITO静电改性形成二维电子气的产生机制做了系统的分析。明确了该非均匀二维电子气主要分布在纳米尺度。基于静电改性的物理图像,给出二维电子气层内的电子密度随空间的变化,并根据德鲁德(Drude)模型计算了改性层的复介电函数与折射率等光学参数。计算结果显示LN/ITO异质结界面层具有类金属特性,且可以支持可见光乃至近紫外SPP。其次,依据静电改性的物理图像,所研究的LN/ITO异质结系统可以看成为各向异性LN基底/改性ITO纳米层/未改性ITO层的三文治结构。为了填补处理此类结构的模型空白,以满足理论上处理极性突变所致二维电子气的需求,我们对麦克斯韦方程进行求解,结合边界条件,得到了该类系统中电磁波的色散关系。考虑到LN介质的各向异性,LN/ITO系统中所支持的SPP具有偏振混合特性(即Hybridized SPP,HSPP)。该HSPP不仅可由横磁模式(Transverse maganetic,TM)激发,还可以由横电模式(Transverse electric,TE)以及TE和TM混合模式的光激发。这一方面提高了SPP激发的灵活性,也提升了混合偏振光的激发效率,且利于降低SPP传播的散射损失。再次,由于LN内显著的光折变效应可以形成体位相光栅,而且由于光伏效应可在LN的表面产生一个载流子密度呈正弦分布的电荷层,形成薄相位光栅。两位相光栅提供的准波矢可以补偿可传播光与SPP的波矢失配。利用LN与两介质界面处位相光栅的介导作用,在实验上证实了此二维电子气系统可以支持可见光波段的SPP,而且最佳激发效率可以高达80%以上。此SPP激发的所致的透射谱的吸收谷与实验中所观察到的白色入射光的彩色衍射斑的暗带互为支持。由于LN的各向异性,通过对比透射场衍射光斑的数量可以看出,入射光偏振方向的变化能够显著影响HSPP的激发效率。最后,我们将LN/ITO异质结系统的静电改性形成二维电子气的特例拓展到一般的FO/TCO异质结系统。当用Zn O替代ITO,而用其他铁电氧化物,诸如钽酸锂,铌酸钾,钛酸钡与锆钛酸铅镧等代替LN时,依然得到了可见光波段响应的二维电子气。这为FO/TCO异质结等离子学系统的设计提供了新的思路,对设计开发基于FO/TCO非线性光学器件和全光调制器等纳米光子学器件均有重要的指导意义。