贵金属纳米粒子由于其多种独特的纳米效应吸引了广大研究者的关注，局部表面等离激元共振(localized surface plasmon resonance，LSPR)是贵金属纳米粒子独特纳米效应之一，该效应可以应用于表面增强光谱学、光学滤波器、传感器等。LSPR光学特性及其传感性能依赖于纳米粒子的成分、结构、尺寸、形状和粒子间的间距以及环境的介电常数。离散偶极子近似(discrete dipoleapproximation，DDA)是最有效模拟任意形状和尺寸的纳米结构的LSPR的计算数值算法之一。另一方面，纳米球光刻法（nanosphere lithography, NSL）是一种能低成本高效率制备尺寸可控的周期性纳米阵列的技术。　　但是，在二维有序金银复合纳米阵列的制备及其光学传感研究领域中，还有如下关键但尚未解决或尚未完全解决的问题:　　(1)在复合纳米粒子阵列的制备过程中，如何选择工艺方法和控制工艺参数，制备出的高度可控、符合光学传感性能要求的、理想的纳米阵列阵列结构最为关键。　　(2)即使用NSL方法，难以获得大面积匀称二维纳米阵列结构，其中一个主要问题是金属纳米粒子与基底之间的粘附能力。　　(3)人们提出了一种在银膜表面上覆盖一层金薄膜的金银复合纳米结构，它可以防止纯银纳米粒子在空气中氧化。但是，如何去定量确定金膜和银膜的厚度，使之制备出更为理想的纳米阵列，获得理想的光学传感性能，是很关键的问题。　　(4)另外，作为与LSPR密切相关的拉曼散射表面增强对LSPR传感性能影响及其结构调控问题也非常关键。　　针对上述存在的关键问题，本论文利用纳米光刻技术制备了形貌规整的二维有序金银复合纳米阵列，用DDA计算与吸收光谱的实验测量相结合方法系统研究了其光学传感性能。重点研究了下面几方面的关键问题:　　(1)系统深入地研究了纳米球光刻技术制备二维金银复合纳米阵列结构的主要工艺过程，并重点研究了制备过程中的一些关键影响因素。　　首先研究了聚苯乙烯纳米粒子掩模制备。使用乳液聚合法制备了单分散聚苯乙烯纳米粒子，然后利用平面毛细组装技术制备出纳米球光刻所需要的聚苯乙烯纳米粒子掩模。在自组装过程中，较为系统地研究了聚苯乙烯纳米粒子的浓度、溶液蒸发的速率及涂胶方法的选择对自组装效果的影响，并获得了较为理想的聚苯乙烯纳米粒子掩模。研究还发现了基片倾斜角度对于单分散自组装结果的影响，结果表明，当倾斜角度为5°或10°时，可以获得单层密排的PS纳米掩膜，进而制备出形貌规整有序的复合纳米阵列。　　研究了不同物理气相沉积（电阻热蒸发沉积、电子束蒸发沉积以及磁控溅射沉积）方法及掩模对纳米球光刻法制备二维有序纳米阵列的结构与形貌影响。结果表明，采用电阻热蒸发法沉积能获得较为完整的三角形六角排列阵列。　　(2)针对金属纳米粒子与基底的粘附能力问题，系统研究铬过渡层与基底对有序金银复合纳米阵列制备与光学传感性能的影响。　　利用纳米球刻蚀法制备了二维六角密排三角形复合纳米阵列，通过加入铬过渡层并改变其位置，研究它们对阵列结构的影响。实验发现，加入铬过渡层所形成的银纳米阵列结构较无铬层有很大改善，其三角形角部更加尖锐，更能满足传感器对信号检测的要求。同时，该过渡层应蒸镀在模板球排列之后，才能获取更大面积的二维纳米阵列结构。　　使用DDA算法设计并计算了不同铬过渡层厚度的金银复合三角形纳米阵列的吸收谱、折射率灵敏度和品质因子，并用纳米球刻蚀制备出对应的纳米阵列。结果表明，在铬过渡层的厚度为8 nm～12 nm时，对应的复合纳米阵列具备可接受的吸光度、较强的折射率灵敏度、较稳定较高的品质因子。当铬过渡层的厚度为3～8nm的时候，复合纳米阵列获得相对规则清晰的形貌。　　研究了基底折射率对周期性金银复合纳米阵列的制备及其光学性能的影响。计算和实验结果表明，当基底折射率为1.43和1.68时，纳米阵列的折射率灵敏度（refractive index sensitivity, RIS）和品质因子(figure of merit，FOM)比较理想，而且，基底与贵金属纳米粒子有较好的粘合度，阵列结构形貌比较规则清晰。　　(3)系统研究金银膜厚度对有序复合纳米阵列制备与光学传感性能的影响。　　研究了金银复合纳米阵列、纯银纳米阵列、表面被氧化的银纳米阵列的光学性能。结果表明，银纳米阵列的光学性能由于氧化而被明显改变了;而金银复合纳米阵列在实现防氧化的同时，保持了银纳米阵列较好的光学性能。　　使用DDA算法，设计并计算了不同金膜层和银膜层厚度的复合三角形纳米阵列的光学传感性能。结果表明，当金膜层厚度在5～10nm，银膜层厚度在30～40 nm时，复合纳米阵列具有较稳定的LSPR强度、折射率灵敏度以及品质因子。采用纳米球刻蚀制备不同银膜层厚度的复合纳米阵列，用SEM和AFM观察了阵列形貌。实验结果表明，当金膜厚度固定为5 nm，银膜的厚度在35～40 nm时，阵列更加规整、角度更加尖锐。　　(4)系统研究有序金银复合纳米阵列的结构、形状、尺寸对LSPR及SERS光学性能的关键影响。　　研究了三角形和四角形的金属单体粒子与有序阵列的LSPR光学性能的差异。利用DDA计算三角形和四角形金属单体粒子的吸收谱，设计并计算了三角形六角排列和四角形四角排列的纳米阵列的LSPR光学性能。计算结果表明:1）等效边长相同时，三角形纳米粒子单体的LSPR强度明显高于四角形纳米粒子单体;2）由多个单体组成的有序周期阵列，当阵列周期与单体的共振波长匹配时，可以获得较高的LSPR强度;3）三角形六角纳米阵列的折射率灵敏度和品质因子都比四角形四角阵列高。　　制备出了三角形六角排列和四角形四角排列的复合纳米阵列，用SEM观察阵列形貌，实验结果表明，四角形四角阵列是一种处于中间状态的、亚稳态的排列结构，部分区域会变异为三角形;而三角形六角阵列则是一种稳态的排列结构，形貌整齐稳定。　　采用纳米球刻蚀制备不同尺寸的复合纳米阵列，选取4-MPy(10-7 M aq)滴涂在不同尺寸的基底上，进行SERS光谱测量，并进行增强因子的计算。计算和实验结果均表明:1）随着尺寸的增大，LSPR强度随之增强，LSPR波长共振峰出现比较小的红移;2）不同尺寸的纳米阵列在可见和近红外激发下都出现了较高的增强能力;3）当等离子共振峰与激发波长相距最近时，复合纳米阵列作为基底的SERS增强能力最大。