随着纳米技术的飞速发展，金属纳米结构中的表面等离激元(Surface Plasmon，SP)已经成为当前物理学、信息科学、材料科学、生物学、化学等学科及其交叉领域的研究热点之一。有关表面等离激元的研究正逐渐发展成为一门新的学科，即表面等离激元学。　　论文从理论上研究了金属纳米颗粒（椭球形金属颗粒和金属U型环）组成的周期阵列在利用介质纳米柱支撑起来以及直接置于衬底表面两种体系下的光学性质，主要阐述了金属纳米颗粒周期阵列中的衍射耦合发生的条件。此外，基于这种衍射耦合效应，论文设计出基于电SP共振以及磁SP共振两种高性能的生物传感器。本文将主要从以下两个方面的内容进行阐述：　　1、提出通过SiO2将金属纳米颗粒阵列利用SiO2介质纳米柱支撑起来，从而实现有效延长金属纳米颗粒的SP寿命以及增强其表面的局域电场强度。这种利用SiO2介质纳米柱支撑的目的是为了给金属纳米颗粒阵列提供一个较为均匀的介电环境，使金属纳米颗粒的局域SP共振之间产生有效的衍射耦合，从而产生具非对称线型的Fano共振。基于Fano共振的激发条件下，金属纳米颗粒表面的电场将被极大增强，达到纯粹局域SP共振的4.2倍。同时，通过研究还发现，想要产生这种Fano共振，衍射耦合形成的表面晶格模式的电场必须平行于金属纳米颗粒中局域SP共振诱导的电偶极矩。更重要的是，如果将这种设计的等离激元纳米结构应用于生物传感，其灵敏度和品质因子（Figure of Merit，FOM）分别可高达900nm/RIU和53。　　2、提出通过将超构材料利用SiO2介质纳米柱支撑起来可以实现超构材料中磁SP共振衍射耦合的新理论方案。研究表明，在SiO2介质纳米柱顶起来的开口金属U型环组成的二维四方阵列中，磁SP共振能够通过远场衍射耦合产生一个窄带的杂化磁SP共振模。伴随这种窄带杂化模的激发，可以预见金属U型环内部的磁场将被极大增强。此外，研究还发现，想要实现这种衍射耦合，表面晶格模式的磁场分量必须平行于金属U型环中磁共振诱导的磁矩。更为重要的是，由于设计的超构材料的组成单元是金属U型环（其局域增强磁场是暴露在空气中的，这非常有利于生物传感），因此可以预见由衍射耦合产生的窄带杂化磁SP共振模的灵敏度和FOM分别可达1300nm/RIU和40。