设计了一种高折射率基底的椭圆表面等离子体波导,基于有限元法对此波导支持的基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度、 有效面积与几何参数、结构之间的关系进行了分析。能流密度分布表明能量主要集中分布在两个金属椭圆柱之间的中心区域,在金属与锗基底、基底与基底之间 也存在能量。通过调节两个椭圆的中心距离及其两个半轴的大小,可以实现此波导模式传输特性的分析。工作波长确定时有效折射率随中心距的增大而减小, 而传播长度增大。

研究分析了金属-介质-金属(MIM)波导布拉格光栅(WBG)结构中的反对称和对称等离激元模式的色散关系和传输特性。计算分析了金属为银、介质层厚度为700 nm时,不同介质材料情况下两种模式的截止特性及色散关系。在此基础上用布洛赫模式分析法探讨了两种介质交替排列构成的MIM WBG结构的反对称与对称模式的能带结构;并用传输矩阵法计算了透射谱,发现结构在通信波段的模式滤波特性。进一步讨论了对称模式的截止频率、模式传输特性与材料和结构参数的依赖关系。通过对结构材料参数及几何尺寸的选择及优化,可以实现在特定波段的宽带或窄带滤波及模式滤波功能,该结构在光通信、集成光学领域具有一定的应用价值。

设计了一种基于金属-绝缘体-金属(MIM)波导的槽深受sinc函数调制的表面等离子滤波器,采用二维时域有限差分法(2D-FDTD)法,数值分析了这种表面等离子滤波器的几何结构参数对传输特性的影响。结果表明,与未经sinc函数调制的情形相比较,经sinc函数调制的滤波器的透射谱中位于禁带右侧的边缘变得更加陡峭,滤波性能更好。槽的最大深度、宽度、周期数、水平通道的宽度及sinc函数的高度对传输特性的影响较为明显,而sinc函数主花瓣的半宽对传输特性的影响较小。这种表面等离子滤波器在高集成度的光学回路中具有一定的应用前景。

采用二维时域有限差分(FDTD)法，分析并对比了弯曲分叉部分的形状分别为正弦形和圆弧形的基于金属绝缘体金属（MIM）型表面等离子体光波导的Y形分束器的反射率、传输率以及能量分束比随几何结构参数的变化关系。数值计算表明，波导宽度对这两种Y形分束器传输特性的影响较为明显，两个输出分支的偏移量和弯曲分叉部分的长度对这两种Y形分束器传输特性的影响比较微弱。在600~1500 nm波长范围内，弯曲分叉部分为圆弧形的Y形分束器的传输特性比弯曲分叉部分为正弦形的好。对于非对称型Y形分束器，当弯曲分叉部分为正弦形时，偏移量对反射率、传输率和能量分束比的调节作用较为明显，能量分束比最大可达到2∶1。当弯曲分叉部分为圆弧形时，偏移量对反射率、传输率和能量分束比的调节作用较为微弱。

设计了一种带有增益介质包层的两个平行圆柱形纳米金属棒构成的表面等离子体光波导，基于频域有限差分法，对这种波导所支持的基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度和模式面积随几何结构参数和电磁参数的依赖关系进行了分析。结果表明，沿纵向的能流主要分布在两个圆柱形金属棒所形成的中间区域。通过调节这种波导的几何参数及电磁参数，可以调节模式的传播特性。在增益介质的辅助下，传播距离明显增大。这种表面等离子体光波导可以用于光子器件集成领域和传感器领域。

本文设计了一种蝴蝶形中空表面等离子体波导，并对其传输特性进行了研究。采用频域有限差分法，对这种波导所支持的基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度和模式面积随几何参数和工作波长的变化关系进行了分析。结果表明：沿纵向的能流主要分布在由四个圆洞所构成的上下两个尖角之间的区域，且越接近尖角，沿纵向的能流越大。对中空圆洞的半径、上下两排圆洞圆心间横向距离和左右两列圆洞圆心间的纵向距离进行调节，模式的有效折射率、传播长度和模式面积也随之变化。在工作波长确定的条件下，相对于b=r/4的情况来说，当b=r/2时，上下两个尖角之间的距离较大，场与金属的相互作用较弱，有效折射率就较大，传播长度也较大。在几何参数确定的条件下，相对于λ=705.0 nm的情形来说，在λ较大时，场的分布范围较大，场与金属表面的接触面积较大，场与金属的相互作用较弱，有效折射率较小，传播距离较长。与由两个和三个空心圆柱构成芯区的表面等离子体波导相比较，蝴蝶形中空表面等离子体波导具有良好的传输特性。如果在波导结构中心填充增益介质，可以克服较大的传播损耗，因此这种蝴蝶形中空表面等离子体波导可以用于光子器件集成领域和传感器领域。

设计了一种双正方形中空表面等离子体光波导(SPW)。采用频域有限差分法，对这种波导所支持的基模的传输特性进行了研究。结果表明，基模沿纵向的能流密度主要分布在双正方形空气芯的中心区域。通过调节2个正方形空气孔的边长、中心距离以及工作波长的大小，可以调节基模的场分布范围以及场与金属银相互作用的大小，从而调节有效折射率、传播距离和模式面积等传输特性。通过与双圆形中空表面等离子体光波导的比较发现，在730~800 nm工作波长范围内，双正方形表面等离子体光波导的传输特性要优于后者。因此双正方形表面等离子体光波导有可能用于光子器件集成领域和传感器领域。