集成光学是近些年来快速发展的一个方向，它的最终目标是将各种功能模块集成到一块光学芯片中，从而使信息处理对坏境的适应性更强同时具有功率密度高能耗低的特征。由于传统介质的集成受光学衍射极限的限制，集成芯片在小型化、集成化方面遇到了挑战。而等离激元波导可以突破衍射极限，为提高光子集成度提供了新的途径。人们已将目光关注在等离激元波导的器件设计中并希望在器件功能和片内互联中得到广泛应用。本论文主要涉及以下几个方面的内容:　　1.利用泄漏模显微镜研究并成功表征了介质加载等离激元波导内的高阶模式。由于模式的能量局域在波导芯层中而不能与空间光的自由转换，对波导模式的有效分析方法上面临着挑战。由耦入光栅将空间光转换威波导内的多个模式，模式的场在金属面上分布不为零，多个模式在金属面上会发生干涉。实验上，我们改变光栅参数和波导层厚度详细的研究了对波导模式干涉的影响。通过泄漏模显微镜对干涉条纹的观察，给出了干涉周期并由此反推出波导内模式的传播常数。实验与理论相吻合，说明了泄漏模显微镜是研究光波导体系的有效途径并且加深了对介质加载等离激元波导内模式的理解。　　2.将非完美匹配的布拉格衍射方法拓展到介质加载等离激元波导体系中实现了高阶导波模式的解复用功能。我们在实验和理论上对介质加载等离激元波导内的模式进行了详细的分析，并模拟验证了之前发展的针对纯表面等离激元波形调控的非严格布拉格衍射方法对调控导模的适用性。我们考虑了不同模式在波导内的分布以及传播损耗，针对三个模式TM1，TE1，和TM2进行了非完美匹配的布拉格衍射方法的聚焦设计并在实验上观察了三个模式的聚焦。不同阶数以及不同偏振的模式聚焦观察，并且不同阶数的模式在聚焦处的纵向位置不同，对此我们在理论上给出了厚度随所有模式的聚焦位置的分布。对比模式的传播常数曲线，该方法实现了模分解复用器的功能，提供了研究波导模式的新思路。　　3.利用等离激元波导阵列模拟了凝聚态物理中Su-Schriffer-Heeger(SSH)模型，实现了非平庸的拓扑界面态，同时揭示了初始条件与波导阵列中光场演化的关系。我们基于SSH模型，在有kink结构的等离激元波导阵列中，实验上实现了不发散的界面模式并且证明其受拓扑保护。同样的激发条件下，而另一种anti-kink结构中并不支持界面模式，这违背了SSH模型的预测。通过耦合模方程，我们理论上研究了本征模式分布的特征、激发条件对界面模式的影响以及引入无序验证拓扑保护性质。结果显示以kink和anti-kink结构的本征模式激发时，两种结构都存在受拓扑保护的界面模式，而实际上以单根波导作为激发条件时仅kink结构存在受拓扑保护的界面模式。原因在于kink结构的本征模式有奇函数对称性，与单根波导强度激发时有更大的场交叠而保持了界面模式的特征。我们的发现深化了对模式激发与波导阵列中光场演化关系的理解，为光学模拟以及光子芯片设计提供了新的思路和方法。　　4.基于介质加载等离激元波导在微纳尺度上实现了偏振纠缠的量子CNOT门，获得了具有CNOT操作的真值表和高保真度量子态。表面等离激元在经典领域的很多新颖的效应被揭示并得到了应用，并且它的量子性质也有很多的探索并希望将其拓展到实际的应用中。虽然基于等离激元的量子效应已经被陆续报道，但真正具有量子信息处理的等离激元器件还面临重大挑战。我们首次实现了等离激元比特的CNOT门。利用介质加载等离激元波导中加工的偏振依赖的分束器，在几个微米尺寸中实现了偏振编码的CNOT门，其过程保真度是63.7％≤Fprocess≤80.3％。我们在实验上实现了基于等离激元比特而设计的量子功能器件，这为量子信息技术的发展以及量子等离激元的科学研究提供了新思路。