表面等离激元波(Surface Plasmon Polaritions Wave，SPPs Wave)是在金属表面区域的一种自由电子和光子相互作用形成的，并沿着金属/介质界面传播的准二维电磁表面波，其电磁场强度在垂直于界面的两个方向都呈指数衰减。早在100多年以前，SPPs就已首次被观察到，但是人们对它的产生和控制的潜能，以及最终把它们应用到实际生活中去的目标，也是近些年通过提高纳米尺度器件的制造技术才有可能得以实现的。其实，对于许多金属孔洞和狭缝阵列结构提高光传输的大多数物理机制都涉及到了SPPs，并且它将有可能影响许多领域的研究发展，如光存储技术，新型光源，生物光子学等等。我们可以通过改变金属表面结构来改变SPPs的相关性质，因为此时它的色散关系和耦合效应等都会发生重大的改变。它具有的特殊性质和新颖的效应都是当前纳米光子学研究的热点。由于SPPs突破了传统的衍射极限，允许亚波长的限制，因此它成为设计纳米光学器件（例如波导、棱镜、反射器、滤光器、光伏器件等等）和超紧凑集成型光子回路的最佳“候选者”。但是，在这些利用在我们的现实生活中能实现之前，我们首先最重要的是要灵活地提高SPPs的有效激发和与光的耦合效率，从而来实现对光与物质相互作用的有效控制。　　 本文基于既经典又简单的金属单一狭缝，设计了两种不对称的金属狭缝结构来研究表面等离激元的定向激发特性。本文理论计算是基于严格的电磁场理论，采用二维时域有限差分法(Two-dimensional finite-difference time-domain method,2-D FDTD)模拟了其中的光学现象和金属与入射光波之间的相互作用，并证实了由于介质和微腔的加入，使得SPPs的激发和耦合效率得到了很大地提高，实现了高效率的SPPs定向激发。主要内容如下:　　 (1)基于金属狭缝结构，通过在金属狭缝出口表面设置金属突出物和高折射率介质，可以实现光的高效率定向激发和耦合。改变金属突出物与狭缝之间的距离，或者改变金属表面的介质环境，可以改变光在不同条件下的激发和传输效率，最终实现定向传输。介质层厚度Hd对金属表面能流分布产生了一定的影响。不同介质层的厚度会出现能流不同的分布，并且还会出现调制模式，因此，可以选取适当的介质层厚度，进一步提高表面等离激元的传播效率。　　 (2)在上述研究的基础上，我们引入不对称的金属微腔结构来进一步提高SPPs的定向激发性能。金属狭缝宽度的改变会影响SPPs的最佳激发效率，并且填充的介质，导致SPPs波矢也会发生变化。为了更好的比较各不同结构的最大激发效率，通过计算，确定了每种结构的最佳缝宽，使SPPs激发效率达到最大值。微腔的引入，可在狭缝中收集更多的光，使得更多的表面电磁波转化成SPPs沿着金属表面传播。值得注意的是，金属狭缝出口面的表面电流密度和能流对于微腔的位置和宽度以及介质层的厚度是非常敏感的，我们应该慎重选择。当选取合适的微腔的位置和宽度以及介质层时，金属微腔会产生共振，此时表面电流密度和能流都将达到最大值，最终提高SPPs传播效率。这些结果为设计和制造紧凑型等离子体器件（例如SPPs定向激发器、SPPs耦合器等等）提供了更多的理论支持和参考依据。