传统光场调控手段受衍射极限的物理制约,被限制在约半个波长空间尺度上。纳米科技的进步和纳米光学的发展促进了亚波长光场调控研究的兴起,表面等离激元光子学的研究热潮使得基于金属微纳结构的方法成为了亚衍射尺度上光场调控研究重点。本文从经典光学中衍射极限在光场调控中的挑战出发,围绕亚波长金属微纳结构在小于衍射极限尺度上调控能力展开,以理论分析和数值仿真为主要方法,研究了亚波长金属微纳结构的新现象和新应用。在前人己有工作的基础上,本文做了如下具体工作：1.光频角锥喇叭天线的理论分析和优化设计应用等效折射率的思想,首次对光频电磁波在金属膜上亚波长锥形小孔中的透射进行了理论分析和优化设计。将矩形小孔内的模式分解为两个一维模式TM模和TE模,分析了光频角锥喇叭天线的透射效率、等效折射率与结构参数之间的变化规律。采用粒子群算法分别以透射增强和局域场增强为优化目标对锥形小孔进行了一系列仿真,以进一步优化结构,获得了远高于普通亚波长小孔的透射强度和局域场增强效果。在金属膜入射面加入环形沟槽,使入射光通过横向SPP耦合到优化的小孔天线中,透射强度进一步提高。理论和仿真计算表明,优化设计的锥形小孔结构(特别是与环槽结合后)能有效地传递和压缩光频电磁场,取得了纳米尺度的超常透射强度和超高近场增强效果,这在纳米光电子器件和生化传感领域中应用前景广阔。2.提出了金属膜上多条亚波长狭缝透射的理论采用单模匹配方法对金属薄板上亚波长单狭缝的透射进行了理论建模和分析。提出了金属膜上多条亚波长狭缝透射的理论,无论是PEC还是具有有限电导率或者有限介电常数的实际金属,该理论都在很宽的频率范围内与实验结果和仿真吻合非常好。3.提出了一种基于多狭缝结构的超散射方法研究了单狭缝中的单道极限和多狭缝产生的超透射,提出了一种在亚波长尺寸上突破单道极限的超散射方案。以三狭缝结构为例,不同的两个散射通道之间通过狭缝端面的衍射发生相互耦合,由于不同通道的谐振并未完全一致,又因谐振附近会产生π相位跳变,所以通道会产生同相干涉和异相干涉,此为Fano谐振。在特定波长上,单道极限可被多通道的Fano谐振同相干涉超越,表现为辐射增强的亚波长尺寸超散射。由此,发现了一个有趣现象,即是发生超散射时小通光面积反而能获得更大的透射。4.提出了一种由Fano皆振产生REI亚衍射极限超聚焦的方案提出了一种由多狭系统中Fano谐振产生无辐射电磁场干涉以到达亚衍射极限聚焦的方案。通过理论分析和FDTD仿真证明了,金属板中紧密排列的深亚波长狭缝不仅存在Fano谐振,而且还能在Fano皆振无辐射区域产生亚衍射聚焦,聚焦性能与其它超聚焦方法非常接近。在亚衍射聚焦中,Fano的两个主要特性起了关键作用：(1)通过相消干涉抑制辐射,从而可以产生REI；(2)产生谐振的场增强,从而可以克服倏逝衰减,这也是与其他REI方法的不同之处。提出了解释这些现象的分析理论,虽然该理论是建立在PEC对象上,但是,FDTD仿真表明在有损耗和表面等离激元起作用的可见光波段依然有用,并具有其它超聚焦所不具有的优点。5.纳米小孔光力的数值研究归纳了表面等离激元光镊光力的计算方法,应用FDTD仿真与麦克斯韦压力张量(MST)或者体积分相结合的方法计算并分析了双纳米孔光镊中纳米颗粒的光力。将锥形小孔用于纳米光捕捉,计算了纳米颗粒的受力,结果表明,光力远远大于双纳米孔光力。