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近20年来，微纳复合结构所表现出的独特光学特性引起了包含物理学家、化学家、生物学家、工程技术人员等众多科技工作者的关注，特别是其中的表面等离激元效应，提供了一种突破衍射极限并在纳米尺度操纵控制光波的新手段，为相关科学与技术开辟了新方向。本论文主要利用微纳复合结构中存在的近场光学模式来调控荧光粒子的辐射光场参量，包含辐射强度、方向、偏振、波长等。自主搭建了泄漏辐射显微镜，结合当今荧光技术和微纳芯片技术，重点通过设计和制备多元化、功能化的芯片基底，理论结合实验系统的分析了荧光物质与微纳复合结构的近场相互作用的物理机理与应用前景。利用此种相互作用有效的提高了荧光辐射强度和收集效率，实现了荧光偏振态的有序化，同时实现了荧光显微成像分辨率、信噪比的提高。此方向研究在超灵敏的分子诊断，新颖的微纳发光器件、超分辨荧光显微镜成像等诸多领域具有重要的学术价值以及广阔的应用前景。 本论文的主要研究工作如下: 1.搭建了集光源复用、光束整形、多路表征于一体的泄漏辐射显微镜。利用泄漏辐射显微成像原理实现了平面光波导领域中诸如膜层有效折射率、厚度，以及有源物质的传播长度、辐射角等光学参数的探测，并有望发展出小型化的功能器件。结合不同的实验参数，我们理论分析了偶极分子取向和微纳结构对荧光辐射的影响。并实验上证明了微纳结构可以有效的调制荧光的出射方向以及偏振状态。 2.发展了液晶辅助的成像技术，通过对不同偏振光聚焦特性的分析，将出射的径向偏振信号转换为线偏振，提高了荧光成像的信噪比和分辨率。另外基于微纳复合结构，在泄漏辐射显微镜中设计并制备了多层膜结构的载物基底，实现了高对比度的无标记荧光暗场成像。 3.制备了金属/介质光栅复合结构，并分析了其中诸如周期，深度，占空比等不同参数下的模式分布。利用泄漏辐射显微镜研究了荧光粒子与金属光栅的表面等离子布拉赫波共振耦合的物理内涵和光学特性，实现了荧光辐射方向和偏振的有序化，调控了其远场的面外定向辐射，进而发展新型的发光器件。 4.制备了氮化硅和二氧化硅交替构成的一维光子晶体结构，在作为低折射率的二氧化硅缺陷层的顶层旋涂了掺染料的聚合物层，实现了具有小角度色散的布洛赫表面波的耦合辐射。利用泄漏辐射显微镜观测了其中存在的不同模式并理论计算了对应的场分布。在调控布洛赫表面波耦合定向辐射的同时，结合光刻技术实现了自由空间中的耦合定向出射。同时基于多层膜光子晶体所制备的复合基底实现了其在超分辨成像中的应用。 5.制备了金属与介质光子晶体复合的杂化结构，并旋涂掺染料的聚合物层作为有源层。利用泄漏辐射显微镜成功的实现了荧光信号在样品界面的垂直出射。实验上研究了塔姆等离激元耦合辐射中存在的不同偏振模式以及其辐射角度对于波长的高度灵敏性。通过荧光分子的不同定位研究了表面等离激元耦合辐射和塔姆等离激元耦合辐射的区别，揭示了荧光分子的位置是此两种模式耦合效率的决定因素。通过全光的方法实现了二者强度比值的调控，并有效的在同一芯片基底上实现了辐射模式的切换和选择。同时通过改变一维光子晶体缺陷参数来调控荧光的出射波长，改变金属的厚度调控了荧光耦合辐射的强度，优化了结构参数，提高了收集效率。 6.制备了可以通过化学键实现偏振控制的聚合物微管。利用聚合物光波导以及其功能化衍生物的结构偏振特性和新型传感特性而完成的荧光定向传输，一方面研究了不同环境下荧光与聚合物之间的相互作用及相关光学特性，另一方面研究了微米管中的光波导行为，实现了荧光面内的定向传输以及偏振调控。同时利用多路传感，全光开关设计了多元化的光逻辑运算单元，推动了荧光技术和芯片技术的发展。 本论文的创新点主要包括: 1.搭建了包含相干与非相干激发光源系统的泄漏辐射显微镜，实现了有源或无源微纳复合结构近场光学模式的远场表征。利用此显微镜的前后焦面成像技术，实现了微纳复合结构调控的荧光粒子辐射场多参量测量，包含辐射光谱、偏振、方向、强度分布等。相较于常规的测量手段，具有高空间分辨率、高灵敏度、快速等优点。 2.利用液晶盒实验上实现了荧光显微成像分辨率1.5倍的提高。并设计特制的芯片基底实现明、暗场成像的自由切换，提高了对比度和信噪比，推动了无标记荧光成像的发展。 3.利用表面等离激元布洛赫波耦合来实现荧光的定向辐射，并首次提出了塔姆等离激元耦合辐射的新概念，实验上实现了角度色散为13.42°的垂直出射。首次揭示了荧光分子与此不同模式间耦合效率的决定因素，并有效的在同一芯片基底上实现了辐射模式的动态切换和选择。理论计算出光子晶体芯片上实现超分辨成像的可行性，压缩虚拟探针至0.34λ，将分辨率提高至近3倍。 4.在导波光学领域引入聚二乙炔材料，利用多级自组装的方法制备了聚合物微管结构并利用分子排布的各向异性实现了的传输光偏振的调控和近场光源的传输，填补了聚合物光波导传输研究中的空白。进一步拓宽了聚合物光学研究的应用前景。