表面等离激元是由被牢固的束缚在金属和介质分界面处的导带电子与光子相互作用产生的一种倏逝波电磁模式。表面等离激元可以把电磁波限制在亚波长范围内,并伴随着巨大的场增强。这种独特的光学现象在许多方面有着巨大的应用价值,例如:表面拉曼增强,克服衍射极限,非线性光学,生物医学,信息处理,传感等。表面等离激元的理论研究主要利用经典的麦克斯韦理论。金属的光学响应主要基于局域的Drude-Lorentz体材料色散模型来描述,这种简单的理论描述能够很好的解释实验现象。但是,对于小尺寸的金属纳米结构,电子的量子特性开始调制其集体响应行为。因此,经典理论在解释小尺寸的金属纳米结构的光学性质时遇到了巨大的挑战,不得不考虑电子的量子效应所产生的影响。电子的量子效应主要表现在两个方面:非局域光学响应和电子溢出(隧穿)。电子量子效应的理论描述主要有全量子方法的含时密度泛函(TD-DFT)和半经典的流体动力学理论(HT)。HT能够处理大且复杂的结构,并且计算量上也明显小于TD-DFT,因此获得了广泛关注。由于HT在数值计算上具有巨大的优势,因此本文利用HT研究了电子的量子特性对于金属纳米结构光学性质的影响,研究内容如下:(1)通过单个纳米线、纳米线二聚体、单个纳米线-半无限大介质这三种纳米结构研究了非局域光学响应和电子溢出对于光学性质的影响,比较了流体动力学Drude模型(HDM)、广义非局域光响应模型(GNOR)、量子流体动力学理论(QHT)和局域Drude模型相互间的差异。(2)推导出了QHT下金属中储存的电磁场能量。(3)推导出了频域下的非线性GNOR模型的表达形式,并初步研究了量子压力对流和电荷扩散效应对于非线性表面等离激元的影响。(4)研究了不同的交换关联势对于纳米二聚体光学性质的影响。(5)改进了HDM和GNOR模型方程:直接求解电荷密度和等价的边界条件。