信息技术已然成为现代社会的根基与支柱,信息技术的快速发展对元器件的性能提出了严苛要求,要求其具有高速率、微型化、大容量等特点。传统电子器件固有的延迟、功耗、带宽等方面的缺陷,极大限制了其发展速度。相较之下,光子器件传输速率更快、通信带宽更大、器件尺寸更小,是新一代信息技术的重要基础与保障。但是光子器件的发展也面临着巨大的问题与挑战,由于存在衍射极限,传统光子器件尺寸始终无法突破亚波长量级,无法进一步提升集成度。近年来,随着亚波长电磁学的发展,研究学者们发现,在金属与介质交界面上存在着一种由自由电子与光子相互作用形成、被束缚于交界面上的特殊电磁波——表面等离子体激元(surface plasmon polaritons,SPPs)。SPPs波沿着金属表面传播,在垂直表方向以指数形式衰减,呈现出表面局域特性,可突破衍射极限,在亚波长尺度下实现光操控。因此,SPPs在光学领域内炙手可热。为实现SPPs光子器件的性能调控,传统方法为直接改变器件结构的几何参数。但该方法在器件制造完成后较难实现,对器件结构的改变不可逆,且其可控精度较低。针对该问题,本论文基于热光效应、电光效应、激光捕获、光涡旋光束角动量传递等方法,结合等离子体诱导透明效应(plasmon-induced transparency,PIT)等光学现象设计了光逻辑器件、光延迟器件、光分束器件等新型亚波长光子器件,可不改变结构几何参数实现性能调控。具体研究内容如下:1.基于PIT效应设计了新型光逻辑器件,该器件由两个六边形微环谐振腔与金属-介质-金属(metal-insulator-metal,MIM)波导组成,可同时实现逻辑异或运算和同或运算。基于时域耦合模理论分析可知,两谐振腔谐振波长之间的适当失谐是实现PIT效应的关键因素。结合时域有限差分算法(finite-difference time-domain,FDTD)分析可知,谐振腔内介质折射率对谐振波长有极大影响。因此,将改变谐振腔内折射率的信号作为逻辑输入,器件不同端口出射的光强可表示逻辑运算结果“1”与“0”,以此同时实现逻辑异或运算和同或运算。2.提出了基于光致转子旋转操控的可调光延迟器件,该器件由腔内嵌有可旋转矩形转子的双六边形谐振腔组成,通过激光捕获、光学镊子等技术将矩形转子旋转到不同角度,可在不同波长实现慢光效应,使光脉冲信号的群速度减慢,延迟输出光波信号。基于FDTD数值仿真结果,当转子旋转角度改变时,除了工作波长外,传输率及光延时量都可被调节。本文还详细分析了其他结构参数对传输特性与延时特性的影响,为结构优化提供参考。3.基于嵌入椭圆转子的六边形谐振腔结构,设计了传输信道及传输率可调的新型表面等离子体功率分束器。椭圆转子旋转到不同角度可改变结构对称性,改变SPPs波传播路径,实传输信道与传输率可控的功率分束。该功能通过FDTD数值模拟转件得到了验证。此外,矩形转子与三角形转子结构也被提出,并与椭圆转子结构进行了比较,结果显示椭圆转子结构传输率更大,其角度旋转误差范围更大,更容易根据需要调整其传输特性。该器件可在高度集成化的芯片上实现光信号的动态控制。以上光器件将在光计算、光存储、片上光网络等多个领域发挥重要作用。其性能调控方法相较于传统方法更易实现,可确保器件结构的完整性,为新型亚波长光子器件的实现提供了新思路。