人工表面等离激元是一种存在于亚波长周期结构表面的电磁波,根据传输性能的不同分为人工表面等离极化激元和人工局域表面等离激元,可将表面等离激元的工作频率范围从近红外及光波段扩展至微波及太赫兹波段,并为新型电路系统的设计提供了新的可能。本论文对人工表面等离激元的部分电磁特性进行了详细研究,探讨了人工表面等离激元的新物理现象和潜在应用,并对人工表面等离激元的一些新奇特性进行了实验验证。主要内容和贡献概括如下:·提出了非对称人工局域表面等离激元谐振结构,并研究其Fano谐振特性。通过求解不同平面波入射情况下人工局域表面等离激元谐振结构的消光谱,分析了谐振单元的各向异性和多极子谐振特性。改变两个谐振单元的半径尺寸,将宽带的偶极子谐振调谐到与窄带的多极子谐振位置发生重叠,观察到发生相消干涉产生Fano谐振。·基于了螺旋型开槽金属圆盘上人工局域表面等离激元的电谐振模式和磁谐振模式,提出了"金属条-螺旋形开槽金属圆盘"复合结构,利用金属条电偶极子谐振通过近场耦合作用激发螺旋形开槽金属圆盘的磁偶极子谐振,磁偶极子与电偶极子发生相消干涉导致金属条的谐振强度降低,实现了电磁诱导透明效应。·提出了人工局域表面等离激元的径向高阶谐振模式,从色散关系的角度探讨人工表面等离极化激元与人工局域表面等离激元之间的关系。利于等效媒质和Mie散射理论计算周期开槽金属圆柱体的散射截面积,获得其径向高阶谐振特性,通过仿真求得人工局域表面等离激元谐振与金属圆柱体高度之间的关系,并在实验中验证了两种不同形状的超薄开槽圆盘上的人工局域表面等离激元径向高阶电、磁谐振特性。·提出了由螺旋形开槽金属盘圆组成的二聚体结构上的人工局域表面等离激元的模式杂化和场增强效应。通过改变激励方向来考察此结构的模式杂化,在不同的激励方向情况下出现了不同的成键态和反健态谐振模式。随着二聚体结构间隙的缩小,场增强效应逐渐增强。利用缩小间隙电尺寸的方法达到最大增强倍数。·提出了一种人工表面等离极化激元与准TEM波模式的完美转换方法,将人工表面等离极化激元波导与微带线匹配连接。微带线内传输的是准TEM波,其电场分布在上层金属条与下层地之间垂直分布。通过过渡结构将微带线内垂直极化的电磁波过渡到共面波导内水平极化的电磁波。再利用渐变开槽结构,将传统的导波模式转换为人工电磁表面极化激元波导上的表面波模式。·提出了人工表面等离极化激元和人工局域表面等离激元之间的相互耦合机制z。利用周期开槽金属条上的人工表面等离极化激元可以激励起螺旋形开槽金属圆盘上人工局域表面等离激元的电、磁谐振。被激励起的人工局域表面等离激元谐振能够阻止人工表面等离极化激元的传输。当存在多个金属圆盘时,不同金属圆盘之间的谐振相互独立。整个耦合系统对周围环境非常敏感,在探测方面具有一定的应用前景。