表面等离激元纳米结构因其独特的光物理学特性而得到广泛的关注。杂化型等离激元纳米结构,即利用不同等离激元间或等离激元与其它光学共振模式间耦合效应的复合纳米结构,能够进一步优化和丰富等离激元纳米结构的光物理学特性,从而进一步的拓展其相关应用。等离激元纳米光子结构在表面增强拉曼、生物/化学传感、微型激光器、太阳能电池以及高集成化光子器件等方面具有很好的应用前景。我们以杂化型等离激元纳米光子结构/器件的实现及光物理机理研究为主要内容,开展了如下方面的研究工作:(1)对称型平-凹半柱纳腔结构中的等离激元杂化及其在光学限波作用研究利用干涉光刻结合倾斜蒸镀方式实现了一种半柱形平-凹纳腔阵列。采用理论模拟与实验验证相结合的方式研究了纳米壳层中局域表面等离激元和平板薄膜中表面等离激元间的相互耦合作用。这两种等离激元间的杂化使得纳腔结构的局域表面等离激元劈裂成两个模式,即对称与反对称模式。反对称模式表现为一个宽带的辐射模式。而对称模式则将大部分光波电场能量聚集在纳腔内部,形成一个强局域化共振模式。因此,对称共振模式在反射光谱中表现为一个窄带、高效的消光峰,其消光强度可高达97%以上。这类结构可以应用于高效、窄带的反射式光学限波器。(2)非对称平-凹半柱纳腔结构中表面等离激元的单向传播在对称型平-凹半柱纳腔结构的基础上,通过在银纳米壳层中引入破缺结构,破坏其对称性,实现了纳腔中局域化能量的定向导出。当银纳米壳呈现非对称结构时,光刻胶模板光栅和非对称银纳米壳阵列的衍射将分别激发金膜中的表面等离激元,其间将存在一定位相差。通过调节这一位相差,我们可以实现两种表面等离激元间相干相长或相干相消。对于已确定的银纳米壳的非对称性,上述干涉过程会发生在某个固定的方向上,从而实现表面等离激元的单向传播。这一研究为实现基于表面等离激元的高集成化光子回路提供了基础。(3)基于等离激元反馈的有源Fabry-Perot微腔结构及光物理学研究利用光还原法制备的银纳米颗粒作为Fabry-Perot微腔的一侧腔镜,将有机半导体发光材料作为微腔的活性填充介质,而另一侧的银膜作为微腔的另一端腔镜,实现了一种有源的等离激元F-P微腔。研究了等离激元共振与F-P微腔共振模式间的相互作用,验证了等离激元的光学反馈机制,发现了等离激元散射光相对于入射光波电场的π相移特性。(4)基于瑞利反常衍射及其与局域表面等离激元的Fano耦合效应的折射率传感器研究在铝纳米线光栅结构中,TM偏振光同时激发了铝纳米线中的局域表面等离激元及光栅的瑞利反常衍射。发现了这两种光物理过程间的Fano耦合效应,并分别将其应用于折射率传感器技术。结果表明:铝的覆盖可以有效抑制光栅在透射方向的衍射,而实现反射空间高对比度的瑞利反常衍射。这也同时增强了瑞利反常衍射与等离激元间的Fano耦合效应。利用瑞利反常衍射和等离激元间的Fano共振耦合过程,对不同浓度的葡萄糖溶液进行了折射率传感实验,获得较高的响应灵敏度。利用传感信号幅度与折射率变化之比定义的传感器灵敏度可达21 OD/RIU。