随着纳米科技与制造工艺的发展，光子学正经历着前所未有的发展。新的研究方向不断产生，如表面等离激元学(Plasmonics)，其在新型光源、突破衍射极限的高分辨率光学成像(显微术)、纳米光刻技术、生物光学(作为传感器、探测器)、负折射率材料等诸领域都已经展露出广阔的应用前景。基于表面等离激元(SPPs)可制作各种功能器件，如纳米波导/谐振腔，纳米聚焦结构，纳米分束器、反射与干涉结构，纳米开关，调制器，耦合器等。本文将重点研究作为SPPs纳米波导/谐振腔的金属纳米线，以及用于纳米聚焦的渐变锥形金属纳米结构。由于SPPs纳米器件的结构比较复杂，解析的方法一般难于处理，数值模拟就成为被广泛应用于此类器件分析和设计的手段。　　 本文通过数值模拟方法研究了以下内容：　　 首先，本文研究了金属/介质纳米结构中SPPs的激发和传播相关问题。特别地，采用时域有限差分算法(Finite-Difference Time-Domain，FDTD)和离散偶极子近似算法( Discrete Dipole Approximation，DDA)，讨论了金属膜和金属纳米线上SPPs的激发和传播特性。时域有限差分算法被用于对金属膜和金属纳米线上SPPs的激发和传播时域特性进行模拟和讨论。计算证明了SPPs激发的偏振相关性。通过计算比较金属纳米线和介质纳米线的传播特性，证明作为SPPs波导，金属纳米线在相同尺寸下可以在更长的波长下工作，或在相同波长下具有更小的尺寸，比介质光波导具有更好的传输效果。接着，采用离散偶极子近似算法计算了金属纳米线在不同入射角度和偏振方向单色平面波激发下的场分布，得到了场增强随波长的变化关系和谐振峰，并且详细讨论了纳米线长度、入射角度、金属材料损耗等对谐振峰位置和强度的影响。这些结果证明单根金属纳米线可视为一个SPPs的法布里-珀罗(F-P)谐振腔。此外，进一步采用离散偶极子近似算法研究了不同半径金属纳米线谐振峰频率和对应SPPs波矢的关系。分析表明随着半径增加，SPPs模式等效折射率减小，金属纳米线上SPPs模式的色散关系逐渐趋近与半无穷大金属价质界面上SPPs模式的色散关系。上述研究同时表明，时域有限差分算法和离散偶极子近似算法能够有效地对金属纳米线表面SPPs的激发、传播和色散模式进行分析和研究。　　 进一步，本文对渐变锥形金属纳米结构中的超聚焦效应进行了研究。采用离散偶极子近似(Discrete Dipole Approximation，DDA)方法对金属锥形尖端结构的超聚焦现象进行了建模。数值计算证明该结构能将入射场的能量汇聚到几十纳米尺度以下，从而产生高度局域化的超聚焦效应，实现对入射光场能量的纳米尺度汇聚。基于解析和数值模型进一步分析了超聚焦效应与入射光波长，结构角度，结构厚度以及材料损耗之间的关系。计算结果表明，通过合理设计参数，结构尖端的场强可增至入射场强的几十到上百倍，从而实现明显的光场超聚焦效果；另一方面证明采用DDA方法建模渐变锥形金属纳米结构具有相当好的计算精度和速度。