近年来,表面等离激元成为了人们的研究热点,因为它在很多领域有重要的应用价值。例如,它在金属表面的强局域特性可以增强多种光学非线性效应;它对界面形貌变化和折射率变化的高灵敏度可以应用于多种探测传感系统;由于它在金属表面的传输特性和色散特性,可以用来会聚和传输电磁波,并为光学器件的小型化和集成化提供条件。未来如果能够制造出基于表面等离激元的逻辑运算元件,将为全光计算的实现奠定坚实的基础。本文基于对表面等离激元传输特性和色散特性的研究,深入分析了在金属亚波长结构中基于表面等离激元激发的各种传输模式,特别是在一种双层亚波长金属光栅中的传输模式。通过对这些传输模式的研究,发现利用这种结构可以实现实时可控电磁波透射。主要研究内容包括：　　 第一章,较为全面地介绍了表面等离激元的发展历史和研究背景,以及近年来与表面等离激元相关的理论和实验工作,对表面等离激元及其相关课题的研究框架做了较为清晰的总结。　　 第二章,叙述了时域有限差分(FDTD)方法的基本概念,以及在编写FDTD程序时需要注意的基本问题。实现了FDTD方法的并行运算,为本研究组后续研究工作的开展奠定了重要基础。在本章最后,对软件OptiFDTD5.0的使用进行了介绍,归纳了该软件的优缺点和使用注意事项　　 第三章,对多层材料界面的表面等离激元色散关系进行了详尽的分析,其中包括单层界面的表面等离激元色散,三明治结构界面的表面等离激元色散,以及其它多层界面的表面等离激元色散关系:接下来简单介绍了这些色散关系在一些相关课题中的拓展。最后重点论述了MDM结构的色散关系和亚波长金属光栅的波导模式之间的联系,证明了亚波长金属光栅狭缝中的电磁波传输满足MDM结构色散关系。　　 第四章,通过FDTD模拟,研究了一种双层亚波长金属光栅结构的电磁特性,发现了一些奇特的现象。例如,两层光栅纵向间隔不同和横向位移不同时的波导模式劈裂,以及两层光栅纵向间隔和横向位移为某一特殊值时的宽带透射抑制现象等。本章对这些现象产生的物理机制作了初步分析,并构建理论模型,定量地给出了发生透射抑制现象时的横向位移和其它参数之间的依赖关系。在本章最后,提出了该结构在可控电磁透射器件上的应用价值。　　 第五章,首先延续第四章的工作,具体的给出了各透射峰对应波长的磁场和能流的分布,通过这些结果详细地分析了这些现象产生的物理机制。接着对上述研究进行拓展,分析了在微波波段双层亚波长金属光栅的电磁行为;分析了在光栅间距变化时透射谱的变化行为,并发现当纵向间隔处于某特定值时,即使在无横向位移情况下也存在透射抑制现象;涵盖第四章中分析的透射抑制现象,从唯象角度对一系列透射抑制现象做了总体规律上的解释。在本章最后给出了三层亚波长金属光栅透射特性的计算结果和初步分析,分析了多层金属光栅体系中波导模式的耦合规律,为这方面今后的工作做一个铺垫。