表面等离子体激元，作为纳米光子学的重要组成部分，它的产生基于电磁波与导体表面自由电荷集体共振的耦合相互作用。由于其高场强和低维度的优异特性，表面等离子体激元可以极大地提高光能利用效率，实现纳米尺寸的集成全光回路，是当前最为热门的研究领域之一。近年来大量基于表面等离子体激元的新型功能器件和性能从模拟设计和实验上被提出和验证。本论文从实验模拟的角度出发，利用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain)和有限元算法(Finite Element Method)形象的介绍了表面等离子体激元的色散性能和具体耦合过程，并从全光开关器件的功能和光能聚焦两方面做了新的设计和研究，本论文的代表性工作和结果如下:　　(1)表面等离子体激元的色散曲线位于光锥外侧，光场照射由于不能满足波矢匹配条件而无法直接激发，实际操作中需要借助倏逝场或者周期光栅结构来辅助激发。一般对表面等离子激元的性质介绍都从公式出发，本论文借助有限元算法，实验模拟了表面等离子体激元的棱镜耦合、光栅耦合、偶极子耦合和端口发射耦合(End-fire Method)的具体过程，有助于形象了解表面等离激元这一特殊表面模式。　　(2)传统的双稳开关具有泵浦阈值高，尺寸大不易集成等缺点，本论文在表面等离子体激元金属-电介质-金属（Metal-Insulator-Metal，简称MIM）波导的基础上，研究设计了基于周期性空气隙布拉格光栅谐振腔，在谐振腔内部填充非线性介质后可以实现纳米尺度的全光双稳开关。并通过FDTD研究光开关的透射、阈值以及双稳特性。　　(3)论文提出将传统的电介质平板波导和纳米尺寸的等离子体MIM波导相结合，可以解决等离子体波导的传输损耗问题。借助空气隙耦合器可将电介质平板波导到MIM波导的耦合效率提升到近90％。我们还提出利用波导阻抗和传输矩阵方法，通过简单的矩阵乘法来设计全光开关的透射谱线以及双稳曲线。传输矩阵计算结果与FDTD模拟结果非常吻合。　　(4)在MIM结构中引入布拉格光栅，可以实现纳米尺寸的等离子体Tamm态。论文研究表明将电介质平板波导结合MIM布拉格光栅，可以实现对光场的两步放大:第一步放大源自普通平板波导耦合进纳米尺寸的MIM波导的尺寸压缩;第二步放大源自布拉格光栅与金属端口面场的共振增强。我们设计的二维波导结构，可以对1550 nm的电场强度实现三个数量级的放大。