电磁表面波是一种被束缚于介质分界面上的特殊电磁波,最著名的电磁表面波莫过于在电介质-金属界面激发的表面等离子体激元,其本质是在介质-金属界面上光和金属表面的自由电子相互作用而激发并耦合电荷密度起伏的电磁振荡,具有近场增强、表面受限、短波长等特性,能够突破衍射极限,是目前实现全光集成的方法之一。此外,表面等离子体激元在数据存储、太阳能电池等方面具有重要的应用。另一种常见的电磁表面波是光学Tamm态,这种由A.V.Kavokin于2005年首次提出的新型表面波是由半导体超晶格中的电子Tamm态类比而来的、在光子晶体异质结或含金属薄膜的Bragg反射镜结构中形成的无损耗的表面波,相比表面等离子体激元,这种新型的无损耗表面波可以由TE偏振光或TM偏振光直接激发,因此,成为了一些依赖表面波工作的微纳光学器件的一种非常优秀的后备选择。本文将以表面等离子体激元和光学Tamm态这两种电磁表面波为主要研究对象:首先以表面等离子体激元基础理论为指导,结合以往研究成果,设计了一种径向偏振光激发的长焦深、长焦距、亚波长紧聚焦的表面等离子体激元透镜,该透镜结构实现了光斑焦深、半高宽、焦距分别是入射光波长的2.5倍、0.388倍、3.22倍的亚波长紧聚焦。表面等离子体激元透镜是一种通过激发和操控表面等离子体激元,突破衍射极限,实现亚波长紧聚焦的纳米光子器件。该透镜由中心T型微孔、阶梯型同心环和同心环结构组成。首先利用有限元方法数值分析了中心微孔-同心环结构透镜的聚焦特性,结果显示径向偏振光由底部入射可高效激发表面等离子体激元,并且中心微孔透射光与散射至自由空间的表面等离子体激元由于多光束干涉形成了紧聚焦。为进一步压缩焦斑、增加焦距、加深焦深、改善透镜聚焦特性,引入中心T型微孔-阶梯型同心环结构,从而对阶梯表面的表面等离子体激元进行了相位调制和传播方向的控制。该透镜具有结构紧凑、尺寸小、易于集成的优点,满足了纳米光子学对于器件微型化和高度集成化的要求。该研究结果在纳米光子集成、近场光学成像与探测、纳米光刻等相关领域具有潜在的应用价值。其次,利用传输矩阵法和有限元算法,对底部带有金属薄膜的Bragg反射镜结构中的光学Tamm态进行了详细的研究,发现当金属薄膜厚度增加时光学Tamm态的激发波长会先向短波方向移动,最终维持在一个固定值不变;每当与金属接触的Bottom layer电介质层厚度增加λ/2n时,反射谱内与光学Tamm态对应的反射dip会再次出现;当Bottom layer的厚度为多个不同波长的整数倍时,反射谱内就会出现多个dip。利用有限元算法,对带有梯形凹槽的DBR-金属结构的光传输特性,发现当梯形张角较小时,整个结构具有了偏振选择特性,即TM偏振光发生了透射则强,而TE偏振光透射率维持不变。这种透射增强现象会随着梯形张角增加而逐渐减小。本文的研究结果可以为无腔式极化激元激光器和光学生物传感器等微纳光学传感器的设计提供一定参考。