20世纪60年代以来电子集成电路高速发展,比如目前甚大规模集成电路能够集成百万级的元器件。电子集成电路在朝着体积小,集成度高的方向发展时候遭遇到一些发展瓶颈：比如发热,高频信号的延迟等。近些年人们开始研究光子集成电路和光子集成元器件。与电子集成电路相比,光子集成电路有着发热少,工作带宽大,抗干扰能力强等优点。而光子集成电路在光波传导和光源集成方面需要解决器件超小型化问题。在光波传导方面,由于光子在与之波长等量级的空间中有着明显的衍射现象,因此克服光的衍射极限才能实现光子元器件的高集成度。人们为此研究了光子晶体波导和混合表面等离子体波导。在局域模场方面表面等离子体波导更有优势。在光源小型化方面,微米量级的法布里-珀罗谐振腔在技术上很难实现。而微球腔由于光波在其内表面发生全反射形成回音壁模式,回音壁模式具有模体积小,模场强等特点。这些优点为制造体积小,阈值低的微球激光器提供了理论基础。针对上述问题本文主要开展了混合表面等离子体波导器件设计和石英微球腔制作等方面的研究。具体有以下几点：(1)设计了由纳米线硅质波导和半圆顶脊形表面等离子体波导组成的混合等离子体波导。通过有限元法对这种波导模的亚波长局域,传播损耗等特性进行了数值模拟。在波长为1.55μm的情况下计算得到这种波导能传导模面积仅为0.00181(λ2/4),同时保持较远传播距离的模式。这种波导可以应用到光集成元器件及光子集成电路中。(2)研究一种由一个嵌入在二氧化硅的椭圆柱金属波导和位于其正上下方的混合表面等离子体波导。通过改变结构参数研究其模式特性。其传播模式是由两个表面等离子体模式和两个纳米线模式耦合后形成的一种新的模式。这种波导结构有效的减小了模式面积。文章对这种结构波导的模式耦合特点进行了分析,这为研究集成器件中的波导间的耦合问题提供了参考。(3)研究了高Q值的微球腔和用于输入泵浦光和输出激光的微纳光纤锥的制备和性能测试。其中光纤锥由固定在移动导轨上的单模光纤,在步进电机的控制下和氢气焰的加热下制备得到。进一步通过实验判断光纤锥的损耗是否满足要求。在严格的实验条件控制下,我们制备出直径为3μm的光纤锥,其损耗仅有0.01dB。这完全满足我们的实验要求。在微球腔的制备中本文研究了两种不同的方法制备微球腔；一种是光纤悬挂重物再通过CO2激光器加热得到。另外一种是偏截光纤锥法,同样在C02激光器加热得到。我们制备出直径为30-100μm的微球腔,得到的微球腔球态均匀,表面光滑,符合微球谐振腔的要求。(4)为了进一步测量微球腔的特性,我们利用宽带光源,光谱仪和CCD监控装置搭建了光纤锥-微球腔耦合测量系统。光波从光纤锥中耦合进入到微球腔并且发生谐振,在光谱仪中观察到明显的等间隔的吸收峰。通过对直径约为50μm的微球的吸收峰的分析可以计算出微球腔的Q值约为5000,自由光谱范围约为8.4nm。这些工作仍然为我们很好的理解回音壁模式和下面通过观察光谱仪中吸收峰的移动而进行传感实验打下很好的基础。