金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振(LSPR)效应已被应用在医学、生物分子传感、化学等诸多领域。但由于金属在可见光波段吸收损耗很大,限制了它的应用。通过优化器件本身的结构不能从根本上消除金属的吸收损耗,需要考虑引入增益材料对金属的吸收损耗进行补偿。LSPR的电场增强效应可以应用在医学、生物分子传感、化学等诸多领域。受限于金属材料的热损耗特性,金属表面的局域近场增强倍数有限。为了解决这个难题,我们提出了一种简单有效的方法,即球形银纳米颗粒-增益薄膜-基底结构,将增益薄膜引入传统狭缝结构中,利用增益介质对光的放大补偿金属材料的吸收损耗,从而实现场增强。我们的数值计算表明,一个100 nm厚的增益薄膜基板可以将传统的无增益狭缝结构的局域电场增强几倍,甚至数十倍。重要并有趣的是,对于一个给定半径的银纳米颗粒,增益薄膜材料存在一个最佳折射率使得系统可以达到最大的电场增强。此外,随着银纳米颗粒半径的减小,增益薄膜材料的最佳折射率将增加。此功能可以被利用来匹配任何实际的增益材料,以达到最佳效果的近场增强,只需要通过使用适当大小的银纳米颗粒。拉曼谱被称为物质的指纹谱,是分子识别的重要手段。金属纳米颗粒的LSPR是提高拉曼散射强度常使用的策略。但受限于金属的损耗,近场增强十分有限,限制了探测的灵敏度。为此,我们提出一种增益核-银壳-银基底的纳米结构,利用增益介质对光的放大补偿金属材料的吸收损耗,实现场增强,并应用于单分子表面增强拉曼散射(SM-SERS)。该系统只需用一个较低的增益系数便可以达到一个超高的G增强因子。在SM-SERS应用方面,达到的G增强因子比已有文献的要高5个量级。三次谐波在太阳能电池、光动力治疗等方面有很重要的作用。传统上,利用金属狭缝结构的LSPR效应实现三次谐波增强。LSPR形成的局域电场强度随狭缝的减小而呈指数增加。然而受到实验条件的限制,狭缝的宽度很难无限度的减小。我们提出了一种新型的三次谐波增强系统,即采用增益介质包覆的金纳米棒结构,由于金纳米棒的形态,具有灵活性,非常适合于实际应用。我们的结果表明具有最佳的增益系数(0.29),使得三次谐波强度是无增益时的239.7倍。研究结果还表明,增益介质包覆的金纳米棒结构在临界增益系数得到的三次谐波强度比已有文献报道的间隙结构要高一到两个数量级。