光和物质的相互作用的研究一直是人们关注的热点。上世纪90年代以来,科学技术的进步促使了纳米微加工技术手段的丰富和完善,从而纳米微米尺度下研究光和物质相互作用成为科研工作者的新的兴趣点。金属微纳结构在亚波长尺度下的对电磁场的强局域性质使得它成为了科研工作者极为关注的研究对象,由此催生出表面等离激元学（Plasmonics）,并迅速与非线性光学等其他研究领域渗透,成为交叉学科研究的热点之一。本论文围绕着等离激元微腔和染料分子、量子点的相互作用具体开展了以下几个方面的工作:1、论文提出了一种双层介质核/金属壳的核壳等离激元微腔,证明这种微腔和染料分子的相互作用可达到强耦合区效应。论文采用Mie散射理论研究双层介质核/金属壳的核壳等离激元微腔的光学性能,并且预测到这种高折射率的核、金属薄壳和低折射率的间隙层的微腔,不仅能支持法诺线型的共振,而且模式体积很小0.001（λ/n）3,同时大部分的电场能量都局域在了低折射率的间隙层中。论文采用线性色散模型描述染料分子的吸收跃迁的光学响应,从双层介质核/金属壳等离激元微腔的消光谱和吸收谱中都能观察到有拉比劈裂的现象,从结构色散曲线中也能观察到有反交叉的色散关系,从而从理论上证明了这种微腔和染料分子的相互作用达到了强耦合区。进一步,论文采用单个端口三振子瞬时耦合模型,研究了描述双层介质核/金属壳复合结构中三种共振模式的相互作用过程,这三种模式分别是不直接和外场相互作用的染料分子的吸收跃迁共振,第二种是具有较大损耗的但易与外场耦合的球等离激元模式,第三种是损耗可忽略也能一定程度上和外场耦合的腔等离激元共振模式。从瞬时耦合模型计算得到的消光谱光响应与解析求解的Mie散射理论完全吻合,这一方面验证了三种共振模式存在的假设,一方面得到了它们的内在耦合强度,同时也说明了腔等离激元共振模式就是导致光场与染料分子发生强相互作用的最主要贡献者。此外,论文研究了结构参数对这种双层介质核/金属壳的等离激元微腔与荧光分子的相互作用的影响,结果表明银壳厚度不影响耦合强度,间隙层越薄折射率越低越能增强等离激元腔模和分子跃迁的相互作用。2、论文研究了由金属反射镜、光子晶体多层膜和介质间隙层所组成的Tamm等离激元共振腔（Tamm Cavity Plasmon,TCP）的光学特点。论文采用二能级系统去描述位于间隙层中的量子点,及其对电磁场的响应,研究TCP和量子点的相互作用。从量子点/Tamm复合结构的吸收谱和发光谱的中都观测到有拉比劈裂的现象,同时从量子点二能级系统的占据态几率随时间变化的振荡过程中得到拉比振荡频率,从而计算得到拉比劈裂的大小。论文从时域上得到的拉比劈裂大小与直接从频域上的吸收光谱和发光光谱中得到的结果相一致,说明了量子点和TCP之间的相互作用达到了强耦合区。我们制备了基于二氧化钛/二氧化硅多层膜-银镜的塔姆等离激元共振微腔结构,光学表征的结果确实证明了 TCP的存在。3、论文提出利用纳米尺寸的单层介质/金属核壳结构所具备的双曲等离激元共振腔模（Hyperbolic Cavity Plasmon,HCP）对单量子点与光场相互作用的增强和调控研究的设想。论文从模场分布的对比和共振频率的变化角度,说明了这种纳米尺度上的单层介质/金属核壳结构同样具有双曲色散介质的特征,从而使得深亚波长尺寸的介质腔内同样能够支持等离激元腔模。这种纳米尺寸的单层介质/金属核壳结构所支持的HCP能够在介质核内形成数十倍的电场增强,并且使得核内电场具有空间均匀的场强和位相分布。论文采用瞬时耦合模型去分析Mie散射计算的消光谱,发现HCP是一个能够直接和入射光相互作用的亮模式,共振频率随介质金属厚度比例发生改变,不随结构尺寸大小而变化。论文表明,介质核越小越能增强HCP与单量子点的相互作用,金属损耗会削弱它们的相互作用。论文研究发现,在单层/金属核壳结构以外再包裹金属/介质多层膜可以大大的弥补金属损耗,增强HCP与单量子点的相互作用,提高非线性增强效果。