纳米结构由于能够在纳米尺度上控制光的辐射及传输,具有块体材料所不具备的许多优异的光学性能而被广泛关注。其中,纳米柱阵列依靠周期性结构来影响光的传输,并且具有等效折射率可调的特点,在光电器件、激光器、波导器件等领域具有很好的应用。而另一种纳米结构——金属纳米颗粒具有局域表面等离激元共振效应,表现出可控的吸收和散射、近场增强以及对周围环境具有敏感响应等光学性能,使其在光电器件、表面增强光谱信号(荧光增强、拉曼增强)、传感器等众多领域具有广泛的应用前景。在关于金属纳米颗粒及纳米柱阵列的研究中,反射和透射是被广泛关注的两个问题。从目前的进展情况来看,金属纳米颗粒的减反射作用在一些特定的波段表现较好,在其它波段的反射仍较高。纳米柱阵列虽然可以在较宽波段降低表面反射,但降低的幅度仍然不够让人满意。在透射方面,金属纳米颗粒阵列在一个特定波长出现的等离激元晶格共振现象会带来一个尖锐的透射低谷,但实现的条件是金属纳米颗粒阵列最好处在一个均匀的介质环境里。这给其在实际器件的应用中带来了较大的困难。针对以上两个问题,论文提出了一种金属纳米颗粒与纳米柱阵列复合结构,对复合结构的光学性能进行了系统的研究,对影响复合结构光学性能的物理机制进行了探索。论文主要对金属纳米颗粒与纳米柱阵列复合结构的减反射性能以及等离激元晶格模式的共振特性进行了研究。具体内容包括:1.采用电子束蒸发法、热蒸发法和等离子体增强化学气相沉积法在硅基底上制备了银纳米颗粒与介质层,并对银纳米颗粒在不同介质层表面的减反射性能进行了研究,讨论了银纳米颗粒的向前散射和介质层本身对表面反射的影响。通过比较位于不同材料介质层表面的银纳米颗粒的减反射效果,确定了用于硅基底上减反射结构的参数。这为后期设计金属纳米颗粒与纳米柱阵列复合结构的减反射性能研究提供了理论基础。2.通过建立仿真模型,对放置在硅基底上的银纳米球与硅纳米柱阵列复合结构的减反射性能进行了理论研究。讨论了结构参数(包括硅纳米柱的直径和高度)的变化对复合结构减反射性能的影响。结果表明,当硅纳米柱的直径和高度分别为350 nm和150 nm时,在400-1100 nm波段,复合结构的平均反射率可降低至2.66%。这为设计新型高效陷光减反射结构提供一种新方法。3.提出了能够在石英基底上形成等离激元晶格共振的银纳米球与二氧化硅纳米柱阵列复合结构,并用周期阵列的衍射理论和银纳米球的局域表面等离激元理论解释了复合结构的等离激元晶格共振形成的物理机制。通过研究结构参数(包括纳米柱的高度和直径、银纳米球的直径、阵列的周期)和介质环境的变化对等离激元晶格共振的影响,进一步验证了复合结构的等离激元晶格共振的机理。计算结果表明,在一个较窄的波段范围内,复合结构的光透射率可从最大值迅速地降低到最小值,表现出典型的等离激元晶格共振现象。4.采用热蒸发法和离子束刻蚀技术在石英基底上制备了银纳米颗粒与石英梯形柱阵列复合结构。实验结果证明了银纳米颗粒在较高的石英梯形柱阵列上可以产生等离激元晶格共振。结合仿真计算,对复合结构的等离激元晶格共振特性进行了研究,解释了结构参数(包括银纳米颗粒的尺寸、石英梯形柱的高度)的变化对等离激元晶格共振的影响。对于银纳米颗粒阵列直接放置在石英基底上的结构,只要银纳米颗粒足够大,可以在两个不同的入射波长处产生两个不同的等离激元晶格共振。