表面等离激元结构与入射光波发生相互作用，即发生表面等离激元共振(surface plasmon resonance，SPR)作用时，伴随着局域电磁场的增强和对光在低于衍射极限尺度上的束缚。因此被广泛的用于表面增强光谱、生物化学传感、太阳能光伏器件、光催化等领域。其中表面增强的拉曼光谱（surface-enhancedRaman spectroscopy，SERS）和生物化学传感器(bio-chemical sensor)是SPR现象的两个最主要的应用途径。由于表面等离激元共振现象具有极强的结构相关性，所以根据不同的应用途径来设计最优化的表面等离激元结构已经成为了一个重要的研究方向。这其中有三个核心问题:一是明确SPR的性质和相应的应用途径之间的关系;二是实现表面等离激元结构的新貌、材料对SPR性质的调控;三是发展合适地表面等离激元结构的制备方法。　　在SERS技术发展的这40年来，增强因子达到了十余个数量级，所具有的单分子检测水平甚至可与单分子荧光光谱技术相媲美，而且被广泛的用于化学、生物、食品安全等的检测。但是如何便捷地获得灵敏度和均匀性兼备的SERS基底，则是SERS技术所面临的挑战。同时，对于SPR传感器除了不断的追求高的分辨率(figure of merit，FOM)值以外，传感基底的发展方向则需要满足仪器小型化和便携式的要求。　　本论文工作从方法学角度出发，建立了基于紫外全息光刻技术制备、可控调节周期性表面等离激元结构的新方法，实现了高效地调节SPR性质的平台，为不同的应用途径提供了宽广的选择范围。在此基础上，设计了分别适合于SERS和SPR传感这两个应用途径的周期性表面等离激元结构。主要的研究内容和结论如下:　　1.紫外全息光刻系统的搭建和周期性表面等离激元结构的可控制备　　基于所搭建的紫外全息光刻系统和摸索而得的正、负两套光刻胶工艺，制备了光栅、六角排布的阵列和正交排布的阵列等十几种周期性结构。这些结构不但具有大面积均匀的特点，而且得益于特殊设计和制备的全息光学元件(holographic optical element,HOE)，使得结构的制备可以一步完成，而且对于结构周期的调控可以通过更换不同的HOE来方便的实现。再结合曝光剂量的调节，进一步实现了对结构形貌的可控调节。　　2.可控调节SPR光学性质平台的建立　　以表面等离激元杂化理论为背景，以基于紫外全息光刻方法所制备的各种周期性表面等离激元结构为基础，以自行搭建的角分辨光谱系统为表征手段，充分的探究了SPR的性质和周期性表面等离激元结构的相关性。在相同周期却不同形貌的表面等离激元结构上，实现了从宽的超辐射型(superradiation)的光谱线形到非对称的Fano型光谱线形，再到超窄(super-narrow)光谱线形的可控调节。此外，激发-收集角θ、激发光偏振、基底的结构取向等参数也可以对周期性表面等离激元结构的光学性质进行有效的调控。综上，一个有效调节SPR性质的宽广的平台将为不同的应用途径提供明确的选择。　　3.基于“空腔-表面等离激元”共振的兼备灵敏度和均匀性的SERS基底　　单纯拥有高灵敏度或是高均匀性的SERS基底已经不能满足当今SERS技术发展的要求。兼备高灵敏度和高均匀性的SERS基底本质上是得到均匀地电磁场增强结构。这里我们抛弃了传统上一味追求5nm以下的间隙来获得“hotspots”的方法来获得强的电磁场。而是通过结构形貌和尺寸上的设计，巧妙地引入空腔模式与表面等离激元模式的共振，从而实现在“hot-volums”内的高达107的电磁场增强。　　4.发展了拥有超窄半峰宽、超高FOM值的SPR传感基底　　由于半峰宽越小，SPR传感器所能分辩的待分析物的最小变化量越高，从而能获得更高的FOM值。通过结构调控，实现表面等离激元模式的模式的逐步分离，得到了单以暗模式所对应的小于3.5nm的半峰宽。在体相折射率传感的实验中，获得了高达133的FOM值。在PSA和anti-PSA的抗原-抗体生物特异性检测实验中，也实现了低至0.2ng/mL的检测极限。最重要的是该表面等离激元结构的尺寸可以根据需要任意调节，且不需要特殊的激发条件，所以对于传感器的小型化和便携等要求提供了无限的可能。