表面等离子体光子器件通过控制表面等离子波来实现信息的调制和传输。其在亚波长尺度上灵活调制和传输电磁波的能力，使得等离子体光子器件有望打破衍射极限从微米尺寸降到纳米量级，从而将光子器件和电子器件集成在同一块芯片上，甚或于制作纯光子器件集成光学芯片。这对于突破当前以集成电路为信息传输和处理载体的通信系统所面临的量子化效应瓶颈问题有很重要的意义。此外，表面等离子体光子器件处理的是光信号，因此可以处理电子流所没有、而只有光波才具备的波动特性（特别是波面）所包含的形态信息。这极大地扩展了信息的承载方式和容量，为信息时代的快速发展奠定了坚实的基石。　　 本论文的研究内容主要分为两部分，第一部分是复合结构超材料光子器件，研究了其复合结构元胞的集聚效应对入射电磁波的丰富的调制能力。第二部分是基于金属-绝缘物-金属波导谐振系统的光子器件，研究了其在纳米尺度上传输电磁波的特性以及谐振波导光子器件广泛的应用领域和优良的器件性能。具体内容如下:　　 第一部分:复合结构超材料光子器件　　 1.研究了十字孔和矩形孔组成的复合金属孔阵列的透射特性。通过复合阵列元胞内十字孔和矩形孔互相作用的集聚作用产生新的透射峰。另外，通过改变十字孔与入射光偏振方向平行或垂直方向的对称性变化得到更强的透射谱调制效果。整个研究工作显示了复合结构对于电磁波有很好的调制能力。　　 2.研究了一种偏振无关的双带吸收效果的简洁吸收器结构。此结构采用金属-介电材料-金属的三明治结构，最上层采用复合的金属劈裂环阵列。计算结果表明两个吸收率分别达到0.96和0.99的完美吸收峰出现在吸收谱的10GHz和20GHz处。发现可以通过改变空气缝的宽度来调制吸收峰的位置但同时又不影响吸收效率。两个吸收峰始终都保持0.95以上的吸收率。另外，通过嵌套两个不同大小的劈裂环结构实现了四个吸收峰的吸收器。设计的双波段吸收器结构因其简洁的结构和偏振无关的双吸收效果有可能会对将来的集成光学器件有帮助。　　 第二部分:金属-绝缘体-金属波导谐振系统光子器件　　 1.利用牙齿型腔的金属-绝缘体-金属波导波导共振系统这样一种新结构实现了类电磁诱导透明现象。共振系统使得原先不能通过的电磁场变得可以传输，而且电磁诱导透明现象对未来集成光学器件比如光学开关、纳米激光器和慢光器件的研究都很重要。计算结果表明共振波导的相移（由其长度和等效折射率决定）、牙齿型腔长度和以及他们之间的耦合距离都会对透射谱的性质有很大影响。诱导透明峰和两个传输零点的波长位置都会随着它们不同的取值而移动变化。因此，可以通过改变共振系统的结构参数来有效的调制诱导传输谱线。这些结果不但可以调制传输谱线，而且有助于深入理解波导共振系统的特性。　　 2.提出并研究了一种新型的基于金属-绝缘体-金属波导系统的纳米等离子体折射率传感器。传感器结构包含一个牙齿型腔和一个总线波导和一个短截共振波导。利用时域耦合模理论和数值计算来研究它的传输特性。计算结果表明，此共振波导系统结构可以实现电磁诱导透明，同时电磁诱导透明的传输谱线中短波长零点波长位置可以很容易通过短截波导中折射率变化来调制，因此这一共振结构可以实现很好的纳米传感器。通过优化结构参数，最终得到的传感器具有733 nm/RIU的高灵敏度，24.11 nm窄度的半宽高以及高达695品质因子。