从理论上系统地研究了聚苯乙烯（PS）/Ag球壳阵列中银球壳的形状（球形和椭球形）和完整度（侧壁有无开口）对多阶窄线宽等离激元腔模式激发效率的影响。理论上发现，在完整的球形银壳层阵列中，基于电的等离激元腔模式（TM₂和TM₃）能够被高效激发，而基于磁的等离激元腔模式（TE₁）激发效率则非常低。通过单独地将银球壳改变为椭球形状或单独在银球壳侧壁赤道上对称构建6个小开口均能有效增大TE₁模式的激发效率。尤其是，存在一个最佳的开口（20?）可使得TE₁模式的激发效率达到最大。理论上进一步发现，TM₂、TE₁和TM₃等离激元腔模式在非完整（侧壁开口约为 20?）的椭球形银壳层阵列结构中均能够同时被高效激发。在实验上，利用自支撑技术成功地制备了侧壁带有开口（约为 20?）的椭球形银壳层阵列结构，实验测试的透射光谱与理论光谱非常吻合，很好地证实了理论预测结果的正确性。

透明质酸在临床医药等领域具有极高的价值，其浓度变化可直接反映机体健康程度。但由于透明质酸在机体内浓度较低，传统检测方法存在检测速度慢和灵敏度低等缺点，故快速与高灵敏的微量透明质酸检测技术具有重大意义。设计并实验验证了一种基于法诺和偶极子双波段的非对称刀切谐振环传感器，用于快速、有效、灵敏地检测低浓度透明质酸，分析了传感器的灵敏度。仿真结果表明，选择合适的不对称参数后，传感器的双波段灵敏度保持接近，且均大于150 GHz·RIU^-1（RIU为折射率单位）。实验结果表明，不同浓度的透明质酸溶液样品在刀切谐振环传感器上产生的两个共振峰频移均可用希尔模型拟合，相关度大于0.99，检测极限可达1 mɡ·mL^-1。本研究为快速、准确、高效地检测透明质酸提供了一种新的方法。

为了在中红外波段获得多阶表面等离激元法诺共振, 设计了结构简单、制备方便的非对称石墨烯纳米片二聚体阵列超表面。采用有限元分析方法, 对各阶法诺共振峰产生的物理机制, 费米能级、纳米片结构及相对位置等因素对法诺共振的影响进行了理论分析。结果表明, 随着费米能级的增加, 法诺共振发生蓝移; 表面等离激元共振效应增强, 同时增强了近场的局域效应; 随着纳米片二聚体的大小和位置的不对称性增加, 法诺线型的非对称性也随之增加; 这种结构简单的多阶表面等离激元法诺共振有望在生物传感及相关领域得到广泛应用。该研究为进一步的实验研究提供了理论参考。

设计了一种带金属挡板的直波导耦合方形腔组成的表面等离子体（SPPs）波导结构。利用有限元法分析了该结构的磁场分布、Fano共振特性以及传感特性。仿真结果表明，设计的SPPs波导结构可以形成2个Fano峰，且Fano峰的位置可以通过谐振腔的结构参数进行调节。此外，该SPPs波导结构可用于折射率传感，其最高折射率灵敏度和品质因数分别为2220 nm/RIU（折射率单元）和5542。最后，利用该结构对葡萄糖溶液中葡萄糖的质量浓度进行了检测，其灵敏度为0.264 nm/（g·L^-1）。所设计的SPPs波导结构在微纳传感领域有一定应用前景。

古斯-汉欣位移是二维或更高维体系中反射光中心产生的侧向位移。通过Mie理论，利用纳米金属球颗粒Drude模型，研究了线偏振光入射条件下纳米球颗粒远场侧向位移的变化规律。通过推导古斯-汉欣位移的解析表达式，并借助简化模型，揭示了古斯-汉欣位移方向反转的内在机制。研究发现古斯-汉欣位移在法诺共振附近出现区别于其他波段的增强峰模式，此时电偶极子和电四极子发生耦合。该研究为基于古斯-汉欣位移原理开发超灵敏探测器提供了参考。

为实现结构紧凑且具有较高品质因数的纳米级折射率传感器，文章提出了一种含金属挡板的金属-电介质-金属(MDM)波导与U型谐振腔侧边耦合的等离激元波导结构。利用有限元分析法，定量分析了结构参数和介质折射率对该结构透射谱线及折射率传感品质因数(FOM)的影响。研究结果表明，U型腔中的二阶谐振模式产生谱宽较窄的离散态透射谱，而带有金属挡板的MDM波导形成较宽的连续态透射谱，两者相干叠加激发具有反对称线型法诺(Fano)共振。经过结构参数扫描分析得到优化后的波导结构折射率传感灵敏度可达800 nm/RIU，FOM可达47 382。该结构可以为纳米尺度的折射率传感器设计提供有效参考。

局域表面等离激元共振是金属纳米粒子表面的自由电子在光子作用下发生集体震荡而产生的一种共振现象。 提出了一种方体及环/盘阵列结构, 该结构主要由左侧单圆环和右侧方体及偏心圆环盘组成。 利用时域有限差分算法(FDTD solutions)对该结构进行了光学性质的探究。 仿真结果表明, 当线性偏振光入射到金属表面时, 在结构中激发局域表面等离子体共振现象, 表现出明显的共振效应, 在600～1 700 nm范围形成了不同位置的共振谷。 通过对结构电场电荷仿真图的对比分析, 发现共振谷是由圆环内所激发的偶极共振模式与方体及环/盘激发的四偶极共振模式相互耦合杂化产生的混合等离子共振而形成的。 当调整金属结构的各项参数时, 金属纳米颗粒之间的局域表面等离激元共振会因电场耦合效应发生改变, 因此法诺共振的产生对于金属结构的各项参数有着极大的依赖性(如左圆环直径L、 右圆环直径R, 结构高度H, 左圆环到方体的距离D等), 通过对结构各项参数的改变, 可以实现对结构共振谷波长位置和共振强度的有效调控, 达到对结构光学性质可控的目的。 由于该结构具有独特的非对称性, 进一步探究了入射光源偏振方向(即电矢量与x轴的夹角)对结构的共振谷波长位置以及共振强度的影响。 结果表明, 随着光源偏振角度的增加, 共振谷J2处的波长位置出现明显的红移现象。 但当偏振角度为90°时, 共振谷J3处不能产生法诺共振现象。 由此, 可以通过改变光源的偏振方向来实现对该结构的光谱的共振强度及共振波长位置的调控。 更为重要的是, 该结构对周围的环境折射率有着较高的敏感度, 最高可达755 nm·RIU-1, 传感的品质因数(figure of merit, FOM)为18.4, 该结构在环境折射率等生物传感器及微纳光子器件方面有着潜在的应用前景。

针对亚波长光栅的共振特性，设计了一种基于法诺共振的亚波长光栅并研究了其共振特性。利用光学模拟软件FDTD Solutions对该光栅结构进行数值模拟，在可见光波段，对影响光栅性能的周期、折射率、占空比等光栅参数进行了研究，从而得到了一种共振强度高、谱线精细、共振峰位置可控的法诺共振谱线。该研究成果可用来研制1 nm精度的光谱滤波器。

利用FDTD研究了Ag-SiO2纳米结构的法诺共振。mj(j=2,3)模的共振峰随银膜水平长度l的增长而红移。 法诺共振与银-空气、SiO2周期结构和SiO2有关。随着SiO2横向长度L的增加,法诺现象越来越明显。此外, 法诺共振还与银膜的介电常数（实部的负值-ε′m）密切相关。在非周期性Ag-空气-氧化硅结构中, 当-ε′m＝4 000和-ε′m=6 000时, 可以观察到明显的法诺共振。

设计了一种带有枝节的金属-介质-金属(MIM)波导与T型谐振腔侧耦合的表面等离子体光波导结构。利用有限元法(FEM)，数值分析了改变耦合距离、T型腔几何尺寸及其不对称性、枝节高度对法诺(Fano)共振谱线的影响。结合电磁场分布进一步揭示了Fano共振现象产生的物理机理，由此可以动态调节表面等离子体波在结构中传输时产生的Fano共振特性。另外，研究表明在T型腔内填充不同折射率的材料，利用所设计的波导结构可以实现灵敏度高达940 nm/RIU的纳米尺度的折射率传感器。最后研究了结构的慢光传输特性，可以在Fano峰值附近实现约0.025 ps的光学延迟。这种新型的表面等离子体光波导可能会在光子器件集成、慢光效应及纳米传感领域有着较大的应用前景。