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随着微加工和化学制备水平的提高,等离激元光学在近年来得到了迅速的发展。金属纳米结构的表面等离激元的波长要远小于自由空间中的光的波长,所以电磁场能被束缚在比光波长小得多的尺度,实现了亚波长尺度的近场增强。基于这个特性,表面等离激元已被广泛用于纳米光刻,纳米光子学,生物探测器,光探测等领域。在光探测领域,能产生等离激元共振的金属纳米结构一方面可以用作增强光探测器响应的天线,另一方面也可以与半导体材料结合通过抽取金属等离激元共振产生的热电子直接进行光探测。但等离激元自身的共振波长一般都在可见光波段,难以被用于红外波段的光探测。设计可用于红外波段的等离激元天线和等离激元热电子探测器则成为了新的挑战。本文工作主要利用有限时域差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)和其它数值模拟方法在红外波段研究和设计了性能远高于传统牛眼结构(Bull’sEye,BE)天线的劈裂牛眼结构(Split Bull’s Eye, SBE)天线和具有高响应率的等离激元Si-Au共振腔热电子探测器。所取得的创新研究成果主要包括以下几个方面：1.系统的研究了SBE天线的透射增强机制,发现该结构天线在保留了BE天线汇聚特性的同时将中心孔的传播模式从倏逝模转变为了传播模,且在特定膜层厚度下会发生法布里珀罗共振增强透射,使得其在红外波段的透射增强远大于传统的BE天线。我们进一步优化了SBE天线结构参数,将其工作波长扩展至中红外,在4μm处其透射增强值高于BE天线6个数量级。2.提出了中心孔为两个交叉狭缝的双劈裂牛眼结构(Dual Split Bull’s Eye, DSBE)天线结构,其偏振依赖性能通过改变两个狭缝的夹角来被有效的调控。当两狭缝相互垂直时,DSBE天线则为完全偏振无关。而且,DSBE天线的透射增强特性类似于SBE天线,在红外波段的透射增强远大于BE天线。该新型天线结构可应用于红外波段非偏振光和任意偏振光的探测。3.建立了等离激元热电子探测器从光吸收,热电子产生到热电子收集的全过程模拟计算方法。首次在模拟过程中考虑了金属结构内具体的吸收分布,能得到更精确的光响应的模拟计算结果。4.设计了基于等离激元Si-Au复合共振腔结构的肖特基结热电子光探测器。该探测器结构不仅可对红外1550 nm的通讯波长实现98%的近乎全吸收,而且能更好的将等离激元共振产生的热电子转为光电流,提高了探测器的光响应率。