表面等离激元在纳米光子学中有着重要的地位,随着理论研究和微加工技术的进步,对支持表面等离激元的金属微纳结构的研究已经形成新的学科方向,近年来表面等离子光学和纳米光子器件的研究引起了人们的广泛关注。电磁波在金属／介质界面上激发出电荷密度振荡,这种振荡与电磁波形成的混合波称为表面等离激元,这是一种束缚在金属／介质表面的表面波,具有近场增强、波长短、表面受限等特点,利用其在亚波长尺度内的局域特性,有可能突破衍射极限,实现微米和纳米界面的光学耦合,在新型光源、光存储、新型芯片、纳米光学成像等领域获得广泛的应用。目前限制GaN基LED在照明领域应用的一个重要因素是它的外量子效率偏低。由于GaN材料与空气的折射率差别较大,存在界面全反射作用,使LED发射的光大部分在界面反射回来,形成波导模式困在LED内部,经过多次反射后被LED吸收,这不仅造成能量的大量损耗,而且由于使LED工作在高温状态,大大缩短其使用寿命。近年来,人们利用表面等离激元的特性提高LED的发光效率,并且得到了较好的效果。当纳米金属结构置于发光层附近时,金属／介质界面产生的表面等离激元能够提高发光层辐射效率。光子能量首先通过近场传递到表面等离激元模式,然后转换成辐射模式。当频率达到表面等离激元共振频率时,表面等离激元态密度变得非常大,这导致了能量从发光层到表面等离激元的大量传递,从而引起辐射的增强。本文的内容主要分为以下几个部分：1.讨论了光频段的电磁波对金属内自由电子运动的影响,并介绍了几种金属的色散模型,着重介绍了Drude模型及其修正形式,在此基础上,对表面等离激元的形成及特性进行了分析,并探讨了它的几个重要特征参数和激发方式。此外,以金属纳米棒为例表明了局域化等离激元的存在和性质。2.介绍了几种电磁场数值计算方法：矩量法、光束传播法、有限元法和时域有限差分法,并比较了各方法的优缺点,重点讨论了时域有限差分方法。3.采用三维FDTD方法,实验模拟了单个偶极子的发光情况。仿真中以单个偶极子的电场模拟LED发光层中电子空穴对复合时产生的电场,首先,对三种不同的金属膜做了对比,银、金、铜的特性表明,银膜使偶极子辐射在蓝光频段出现峰值,表明银更适合于蓝光LED的制造中。其次,对银膜表面的等离激元特性作了分析。银膜和银光栅对辐射的影响做了比较,在银膜上刻痕后生成的光栅结构对辐射增强的影响比银膜好得多。再次,对不同栅距的光栅进行了分析,选择合适的栅距。当偶极子置于银光栅附近时,等离激元在辐射增强过程中起到关键性作用,辐射增强效果与偶极子方向和金属光栅占空比有很大依赖关系,最后,对偶极子不同方向和光栅的不同占空比的情况下进行了仿真分析,在某些波长上偶极子辐射能获得至少几十倍的增强。讨论了不同银光栅占空比及偶极子方向对辐射增强的影响,由于局域化等离激元对金属纳米结构形状敏感,当占空比变化时,会引起不同波长上的远场辐射增强。在不同的光栅几何形状情况下,随着偶极子方向的变化,当其垂直于银／氮化镓界面时,能比其平行于该界面时得到更佳的偶极子辐射及远场增强效果。这些结果对于利用金属光栅提高发光器件的效率具有重要的理论价值。