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数据通信和信息处理推动着纳米光子集成向着超高速、低功耗和超小型的方向快速发展,然而传统的光子集成器件受到衍射极限的限制,这使得光器件的尺寸必须是微米量级,远大于当前集成电路的尺寸,而难以在光电集成芯片上集成。表面等离子光子技术是绕过衍射极限并实现光场局域化最可行的方法之一,凭借其一系列优异的性能,它已经受到了越来越多的关注,并在诸多领域都展示了广阔的应用前景。尽管如此,它仍然在技术上面临诸多严峻挑战:(1)损耗大,比如基于表面等离激元(SPPs)的偏振器,在过滤不需要的偏振态的同时也使通过的偏振态有着较大的插入损耗。(2)尺寸仍然较大,比如基于SPPs的偏振器,偏振分束器和调制器,由于没有充分利用SPPs的特性来提升效率,这些器件的尺寸还是比较大。(3)未能与常规硅波导兼容等。1.针对传统的偏振器插入损耗大,器件长度也相对比较大的问题,本文先提出了基于双层波导结构的TE-pass复合等离子偏振器,并进一步提出了脊形波导辅助的TE-pass复合等离子偏振器。通过运用等离子效应操纵电场分布,可以实现很高的TM模传输损耗和非常低的TE模传输损耗。并且,在这个结构中,我们考虑TM基模和复合等离模式之间的周期耦合并且采用了脊形波导结构,从而实现了极低的偏振器器件长度(4.2μm)。该偏振器的在λ=1550 nm处的消光比和插入损耗分别达到了 29.5 dB和0.18 dB。通过与前人设计的偏振器进行对比,在达到30 dB(或约等于30 dB)消光比的偏振器里面,本文设计的偏振器的器件尺寸和插入损耗都是非常小的。2.针对前人提出的基于SPPs的偏振分束器的消光比低、尺寸大和硅波导厚度大问题,本文提出了基于SPPs的极小尺寸的偏振分束器。在本结构中,我们借助于厚Si3N4介质层的辅助,实现了介质波导与复合等离波导之间的相位匹配,最终,本文设计的偏振分束器在4.6 μm的长度内(包括弯曲波导部分),实现了 TM偏振光18.5 dB的消光比和TE偏振光14.5 dB的消光比。3.针对传统的石墨烯硅基电光调制器调制效率低的问题,本文提出了基于SPPs的双金属条辅助增益的双层石墨烯电光调制器。我们使用了双金属条与硅波导结构,将大部分电场集中在石墨烯附近的间隙中,从而大大增强了石墨烯与光场之间的相互作用,并实现了超高的调制效率(1.11dB/μm)。这与传统的双层石墨烯硅基电光调制器[45](0.16dB/μm)相比,提升了7倍。进一步地,我们还设计了新型的耦合结构来提升入射硅波导与调制器之间的耦合效率,并实现了 81.5%的耦合效率。