由于光学衍射极限的存在,传统光学系统的分辨率始终受到限制,进而极大地限制了光学系统在具有高分辨需求领域的应用,如大规模集成电路和微纳结构光子器件的微加工制备技术和高分辨率显微镜技术等领域。近年来发展起来的表面等离子体光子学的发展为解决超光学衍射极限问题提供了一种新型的和有效的方法。本文提出了一种表面等离子共振腔技术,详细研究了表面等离子体共振腔在超衍射极限的光刻技术和超衍射极限的显微镜成像技术方面的机理、特性及应用。论文的主要工作如下:1)提出了一种新颖的基于表面等离子体共振腔结构的超分辨光学显微成像技术。表面等离子体共振腔产生的表面等离子体波矢比相同频率下的入射光更大,因此可以作为显微成像的照明光。数值模拟结果表明,在532nm的入射光照明下,基于表面等离子体共振腔理论和结构可以获得相较传统高数值孔径荧光显微镜8.4倍以及传统无腔结构的表面等离子体激发3.2倍的分辨率的提升。同时发现,由于共振腔结构的引入,表面等离子体共振腔结构的波矢可以随着腔长而调谐的,因而显微镜的分辨率也可以获得调谐。通过理论建模获得了表面等离子体腔型结构的色散关系的解析表达式,验证了数值计算的结果的正确性。2)提出了一种双表面等离子体共振腔的纳米干涉光刻技术。在单表面等离子共振腔(共振腔由银光栅/光刻胶层/银薄膜层组成)的基础上在光栅层和光刻胶层间引入二氧化硅介质层和银薄膜层形成双表面等离子体共振腔结构。从电磁场理论解析建模和数值模拟两方面对该光刻技术的机理进行了详细分析。研究发现利用双表面等离子体共振腔技术可在单表面等离子体共振腔的基础上进一步提升光刻胶层中的条纹分辨率。这种双共振腔技术可以产生极高的条纹分辨率且同时具有较大的成像焦深,而且还无需改变金属光栅模板。3)提出了一种双表面等离子体共振腔的超透镜结构,可以实现任意图形的高质量成像光刻。双表面等离子体共振腔的超透镜结构由银模板/间隔层/超透镜形成物方共振腔,由超透镜/光刻胶/银层形成像方共振腔。数值模拟结构表明:对比单腔结构(即只有像方共振腔),双腔结构可以获得更好的成像质量,即更好的旁瓣抑制效应,从而大大增强了成像对比度。从理论上分析了双腔结构的物理机理,推导出了表面等离子双腔超透镜系统的光学传递函数的解析表达式。理论结果表明,表面等离子体双共振腔系统的传输函数与单腔结构相比,变得更加平坦。结果表明,与单腔结构相比,双腔结构能有效地抑制长程等离子波模式,放大短程等离子波模式,提高成像质量。