天线是接收和发射电磁能量的工具,具有非常广泛的应用。光天线是一种能有效地将自由空间的电磁能量与局域场电磁能量相互转化的有效工具。金属纳米光天线一般由纳米量级的颗粒组成。在光频,可以利用光学天线在纳米尺度对光波进行调控。基于表面等离激元的纳米光天线的典型特性是能将自由空间的波长约束在亚波长尺度。纳米天线对特定波长的辐射,具有强吸收和强散射的特性。这些特性使得纳米天线在表面增强拉曼散射、荧光现象、化学生物传感器、纳米光刻、太阳能电池、光学显微镜等领域得到了广泛的关注与应用。而纳米天线的该特性与粒子的大小、形状、材料、介质环境等因素紧密相关。本文以蝴蝶结型结构以及齿形对数周期结构为基础。研究纳米光天线的光学特性,其中包括Purcell因子效应、多谐振场增强特性。旨在优化天线的光学特性、深入研究对数周期纳米天线的多谐振场增强特性以及石墨烯对数周期纳米天线的多谐振场增强的可调特性。特别是对石墨烯化学势与其拟合介电常数的关系以及基于石墨的对数周期纳米天线的近场增强、雷达散射截面的研究,掌握石墨烯化学势对其多谐振近场增强的调控规律,可以为制备可调宽频带纳米光天提供新思路。为宽频带光天线在太阳能电池以及多次谐波发生器方面的应用提供理论依据。本文的主要研究成果如下：(1)基于Drude色散模型,利用时域有限差分方法建立了纳米光天线的仿真和设计平台。通过研究纳米光天线的工作原理和结构特性,探索了改进其光学特性的途径和相关理论依据。(2)针对蝴蝶结型纳米结构,计算了其Purcell因子、近场分布以及天线效率,分析了蝴蝶结纳米光天线的结构参数对其光学特性的影响,通过改变天线的结构参数,研究了蝴蝶结型纳米天线的光学特性与其结构参数之间的关系。(3)根据对数周期纳米结构具有宽频特性的特点,通过对不同结构参数的对数周期纳米结构场增强及Purcell因子的计算,研究了其多谐振场增强特性与结构参数之间的关系。利用保角变换和天线在谐振频率处对应的近场分布解释了对数周期纳米光天线多谐振场增强的物理机理,并将具有相同结构参数的蝴蝶结型纳米天线与对数周期天线的场增强特性进行了对比研究。(4)完成了单层石墨烯对数周期纳米光天线的建模仿真,利用Drud e模型拟合了单层石墨烯的介电常数,分析了其介电常数随石墨烯化学势的变化趋势。用FDTD方法仿真计算了石墨烯对数周期纳米光天线在不同化学势下的场增强和雷达散射截面,分析了基于石墨烯的对数周期纳米天在不同的化学势下的多谐振场增强的特性,给出了石墨烯化学势对其对谐振场增强的调控规律。本文的主要研究内容是宽频带纳米光天线,利用电磁仿真数值分析方法及理论分析方法对宽频带纳米光天线进行理论分析和优化,其创新点提现在以下三个方面：Ⅰ.用时域有限差分方法计算法分析了蝴蝶结型结构的几何参数对蝴蝶结型纳米金属光天线的Purcell因子的影响,结果表明,蝴蝶结型纳米金属光天线Purcell因子受扇形厚度、扇形长度和扇形尖端曲率半径的影响较为明显。其次,仿真了光天线的近场分布,发现了天线近场随扇形结构变化的规律与其Purcell因子随扇形结构变化的规律类似,发现了扇形表面的局域场与其结构的内在联系以及Purcell因子增强的内在机制；最后计算了光天线的效率,发现天线效率随扇形展开角增大而变小,但曲率半径的变化对天线效率影响较小。这些结果对于蝴蝶结型纳米金属光天线的设计和分析具有重要意义。Ⅱ.设计了一种齿形对数周期纳米光天线,并用时域有限差分方法进行了建模仿真。主要针对天线的场增强和Purcell因子效应进行了仿真分析。根据仿真结果获得了其多谐振场增强特性与对数周期纳米天线的外半径、齿形展开角、相邻齿的比例因子、齿的个数、扇形展开角、天线间距以及衬底等因素影响其多谐振场增强的规律。并通过近场分布以及保角变换分析了其多谐振场增强的特性。充分证实了通过调整天线的结构参数可以控制其多谐振场增强特性。最后通过与具有相同结构参数的蝴蝶结型纳米光天线对比研究,为改进宽频带纳米天线的光学特性奠定了理论基础。Ⅲ.在金属对数周期纳米天线的基础上,研究了基于石墨烯的对数周期纳米天线。通过久保公式计算了石墨烯表面电导率,利用Drude模型拟合了单层石墨烯在4-24 THz的介电常数。并在不同的石墨烯化学势的条件下,分析了其介电常数的变化规律。仿真计算了在不同化学势的条件下,石墨烯对数周期纳米天线的场增强及雷达散射截面。通过仿真结果验证了基于石墨烯的对数周期纳米天线具有多谐振场增强特性。并且分析了场增强谐振频率与石墨烯化学势之间的关系。获得了石墨烯化学势对其多谐振场增强特性及雷达散射截面的调控规律。实现了在不改变天线结构的前提下对纳米天线谐振频率和谐振强度的调控。本文对蝴蝶结型纳米光天线以及对数周期纳米光天线的结构参数分别进行了优化,研究了对数周期纳米光天线的宽频带响应特性与其结构参数之间的联系,并提出了基于石墨烯的可调宽频带纳米光天线,为宽频带纳米的设计及应用提供了理论支持。