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需要处理不断快速增长的海量数据的现代信息系统正在逐步逼近其现有电子技术及光学技术的瓶颈。集成度在几十纳米的电子电路因RC延迟及载频限制而逼近其响应速度和信息承载量的极限，而快速、大容量的光子器件则由于衍射极限被限制在了微米尺寸上难以集成小型化。尽管光子晶体可以通过其类似于半导体能带结构的光子带隙实现纳米尺度的光子调控，但由于制备技术的成熟度及成本的限制而无法大规模应用。近年来，随着表面等离激元相关研究的深入，基于其的光学器件也得到了广泛的关注。
表面等离激元是外界光场与金属表面自由电子集体振荡耦合所产生的表面电磁场元激发模式，是一种能够突破传统光学衍射极限的低维光波。基于表面等离激元的非线性光学器件兼具有光子器件高速响应和电子器件小尺度的优点，使得在亚波长结构上实现高速全光器件成为了可能。目前，含有非线性介质的亚波长金属结构的相关研究已经取得了一些有意义的成果，从理论上对其进行更加深入的讨论将对相关工作的推进具有积极的推动作用。
本文主要研究了非线性Kretschmann结构的光学性质及在其中产生光学双稳态的必要条件，深入探讨了此结构中双稳态的物理机理以及若干结构参数对于光学双稳态性能指标的影响。具体内容分为以下几个部分：
1.概述了本文的研究背景、表面等离激元的特性和发展以及非线性光学的基本原理。简要介绍了金属的色散模型、表面等离激元的基本理论和激发方式。对金属的Drude模型和Lorentz模型进行了描述，从麦克斯韦方程组出发讨论了表面等离激元的色散关系和重要特征参数，并重点介绍了Kretschmann结构激发表面等离激元的相关理论。
2.从非线性电磁波方程出发，结合边界条件，研究了棱镜-金属-Kerr材料的非线性Kretschmann结构的基本光学性质，得到系统入射、反射和透射光强之间的解析关系。根据光学双稳态的基本原理，推导了非线性Kretschmann结构中产生光学双稳态的必要条件--介电常数条件及开关阈值的解析式。
3.讨论了非线性Kretschmann结构的重要结构参数，如：金属薄膜厚度、输入光的入射角和入射光波长，对光学双稳态的性能参数的影响，并给出了设计基于该结构的光学双稳器件的最佳参数；分别通过系统强度反射率和表面等离激元共振角与入射光强的关系曲线，根据表面等离激元及Kretschmann结构的基本理论，深入地讨论了双稳态形成的物理机制。
综上所述，本文的工作对基于表面等离激元的光学双稳态理论的进一步完善具有积极的意义，对进一步改进和发展在非线性Kretschmann结构及类似结构中产生光学双稳态的工作提供了理论依据和思路启迪，也对基于亚波长金属结构的非线性光学器件的设计具有一定的借鉴意义。