表面增强红外吸收光谱（Surface enhanced infrared absorption spectroscopy,SEIRA）有着红外光谱的特性以及表面电场增强的特点,在对分子进行检测时能实现信号强度的提升,使得它有望成为分析化学、分子生物学、环境检测、医学医疗等科学与工程领域中的一种高灵敏度、高精度的检测分析方法。随着纳米光子技术的蓬勃发展,通过设计纳米器件结构来实现SEIRA在分子检测领域的应用也成为了当前纳米光子学的研究热点。本论文的主要研究内容如下:第一,电磁仿真方法与优化算法。通过电磁仿真方法（有限元法、谱元法）对器件结构进行仿真,将这两种方法计算出的红外光谱数据构建目标函数,结合遗传算法来实现对分子光学参数的优化反演,从而验证了电磁反演技术在分子检测领域的应用前景。第二,基于超构表面的表面增强红外基底及其特性研究。结合金属表面等离激元与全介质超表面,提出一种新型的基于耦合效应的超构表面,使电磁波能同时激发其上的两种模式,并通过调控阵列周期,促使耦合效应的发生。重点研究了该新型超构表面的物理机制,以及耦合效应下,阵列周期调控对谐振波长、电场分布、场增强因子等物理特性的影响。第三,基于表面增强红外基底的分子检测技术。研究了该基底作为折射率传感器时的传感性能（折射率灵敏度最高可达到7 μm/RIU）;分析了该基底在SEIRA上的应用,并实现了对分子指纹的探测;最后,利用了之前的光谱数据,并结合优化算法与电磁仿真方法对分子的光学常数进行了高精度优化反演（精度达到94%以上）。