针对现阶段表面等离子体激元(SPP)传感器存在灵敏度低、结构制造复杂等问题，提出了一种由金属-绝缘体-金属波导和嵌入银纳米棒的谐振腔构成的高灵敏度、可调谐的SPP传感器。采用时域有限差分法对所设计传感器的光传输特性及传感特性进行了理论研究。仿真结果表明：当谐振腔引入或者不引入银纳米棒时，传输谱在500~3500 nm波长范围会呈现4个或者2个谐振峰；该结构的折射率灵敏度高达2116.72 nm/RIU,品质因数为27.503；通过对谐振腔填充乙醇，该结构可实现对环境温度的测量，温度灵敏度可达0.982 nm/℃。

通过在金属-绝缘体-金属表面等离激元波导单侧引入平行的双谐振腔结构，实现了等离激元诱导透明效应的数值模拟，基于谐振耦合导致的模式分裂理论揭示了单等离激元诱导透明透射峰的形成机理，并数值研究了透射峰幅度及谱宽与模型结构参数的依赖关系。在此基础上设计了在波导双侧三腔结构，并对其透射谱进行了数值仿真，结果表明：选取适宜腔长及间距参数，可以在三腔模型中产生双等离激元诱导透明透射峰，并且峰值位置可以随腔长以近似线性关系改变。

采用有限时域差分法，研究了内嵌金属块长度与夹缝宽度对金属绝缘体金属波导结构的光透射特性的影响。研究发现，此结构相比较于单一直波导而言，出现了一个很明显的透射峰。并且当金属块的长度较大时，其与波导上表面的金属之间形成的夹缝会构成法布里珀罗腔，高阶共振模式被激发，能量在腔内不断谐振，从而产生多个不断衰减的共振峰。同时，提出了一种基于内嵌双金属块结构的表面等离激元带通滤波器，此滤波器在共振峰以外波段的透射率可以下降为0，且其共振波长可以通过改变金属块的长度等参数进行调节。

连续波发生器的SPASER(Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation)相当于净放大等于零，不能作为放大器使用，文中采用改进的MIM波导结构实现SPASER作为放大器可能性。利用汉密尔顿函数的理论模型得到了放大器激射条件，数值计算表明：采用改进的MIM波导结构实现解决SPASER的内反馈问题和消除SP的净增益问题是可行的；改进结构在不到100 fs的时间里实现了SP激子数的稳定水平；改进SPASER放大器响应时间为100 fs，带宽为1.5~2 THz，SP的放大增益在30~60 dB范围。上述研究成果将为大规模集成光子学芯片设计提供了理论和技术基础。

提出了具有PT对称性的金属-绝缘体-金属波导系统, 由两个波导耦合一个环谐振器组成, 环谐振器的上臂填充增益介质而下臂填充损耗介质。对表面等离激元在该系统的传输特性进行了研究,结果表明:通过平衡增益介质和损耗介质, PT对称性诱导的透明峰可以被清楚地看到, 并且该透明峰具有反相位的特点。

为了研究用于表面等离子（SP）波的可集成表面等离激元受激放大辐射(SPASER)放大器，设计了植入饱和吸收体的金属绝缘体金属(MIM)结构放大器的基本组成。根据SPASER的基本原理，对激射条件进行了分析，给出了放大器的制作工艺和抽运脉冲的设计以及性能指标。结果表明研制的放大器在选择566 nm波长的入射光和532 nm波长的抽运光，放大区采用长度范围为1~1.5 μm的条件下，其脉冲响应时间可达100 fs，带宽为1.5~2 THz，SP的放大增益为30~60 dB。该SPASER放大器研究将为大规模集成光子学芯片设计提供理论和技术基础，可在下一代高速通信系统中得到广泛应用。