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纳米天线,又称光学天线,是工作在可见光和红外波段范围内接收和发射电磁波的器件。纳米天线属于光学物理中的一个新概念,能够在亚波长范围内调控纳米光场,正成为一个涉及面越来越广的研究课题,在许多领域都展示了强大的应用前景和价值,如超高分辨率探测、光存储、新能源以及生物医疗等。在微波或无线电波领域,人们已经设计出了各种天线结构来控制电磁场的传播,天线几乎存在于所有的现代技术领域。相比而言,在光学波段范围,天线的出现要晚很多,这主要归因于其尺寸限制,由于天线的特征尺寸一般与其工作波长相当,因此对于工作在光学波段的天线,其尺寸已经在纳米尺度范围内。随着纳米科学和现代微纳米加工技术的进步,很多制各方法被开发出来,比如自上而下的聚焦离子束刻蚀、电子束光刻等,自下而上的化学合成法和自组装技术等。 本文选择蝶形(bowtie)纳米天线作为研究对象,一方面,改变构成bowtie天线的两个三角形的顶角大小,根据表面等离激元杂化理论(plasmonhybridization,PH)从理论上论证了因非对称自由度增加引起的表面近场增强的变化;另一方面,首次提出在bowtie天线的一个天线臂中引入一个相反方向的三角形小孔,发现其中心纳米腔室中共振光场的波长和空间位置都发生了改变,而且由于小孔是开放性的,因此可以通过向其中填充其它介质了改变天线的周围介质环境,达到控制其表面近场的目的。主要内容包括：⑴介绍了纳米天线的概念、发展历史等,然后选择了六个方面来论述纳米天线的应用状况和发展前景,包括表面等离激元增强发光二极管、太阳能电池、表面等离激元波导、纳米光电元器件、光探测器和亚波长成像等,最后简单介绍了三种纳米天线的制备方法,分别是诱导淀积掩膜光刻技术(IDML)、聚焦离子束刻蚀(FIB)和纳米压印技术等。⑵介绍了表面等离激元和金属在光波段的处理问题,并详细介绍了有限元法(FEM)的内容、计算方法和功能,这些是后面章节仿真的基础知识。⑶介绍了杂化理论的内容和功能,它为解决复杂结构纳米天线提供了简单而直观的理解方法,然后选择用不同顶角的两个三角形构成非对称bowtie天线,根据杂化理论很好地解释了其表面等离激元模式的变化,反过来说明了杂化理论的强大理论功能。⑷提出了在bowtie天线其中一个臂中引入一个反方向的三角形小孔,经过这样处理以后,bowtie天线的偶极共振峰发生分裂和移动,并且该变化受到小孔的形状和尺寸的影响,作为开放性的孔,通过往其中填充介质,改变天线周围介质环境,从而实现实时操纵天线表面近场增强的效果。⑸利用非对称bowtie天线进一步论证了杂化理论在解决复杂纳米结构方面的优势,同时继承前人对bowtie天线研究的基础,提出了一种新的结构,并根据杂化理论从本质上探讨了其表面等离激元共振模式,进一步提升了人们对bowtie天线的认识,也为科学研究和工程应用提供了理论依据。