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纳米结构的光器件能把光的能量控制在纳米尺度上，是操纵电磁场的关键因素，它们在光学物理上开辟了超越衍射极限的新领域，被广泛地运用在近场扫描光学显微镜、光通信集成器件、生物传感器及高密度信息存储等方面。超短激光脉冲的出现对科学技术和人类社会产生了深刻的影响，开拓了光与物质相互作用的新研究领域，成为现代超快物理学中非常重要的研究手段，对基础科学研究有着深远的影响，例如高强度的超快激光脉冲可以剥离原子中的电子，通过激光脉冲控制产生具有超宽频谱的高次谐波。在纳米结构材料中，电磁场分布以及金属表面激发的表面等离激元可以通过改变纳米尺度的光学器件的大小、几何形状和介质材料来调控。因而研究纳米结构体系中超快激光下激发的电磁响应就显得尤为重要。本文共六章，各章具体内容如下：
第一章：本章综述了超快激光的发展和应用，讨论了超快激光与物质的相互作用，以及高次谐波的产生。同时，回顾了表面等离子体光学的发展与应用。对金属纳米结构及纳米周期介质结构在超快激光中的应用做了描述，并介绍了多光子微纳加工技术。
第二章：本章详细介绍了文中用到的电磁场计算方法：有限时域差分法(FDID)方法，有限元(FEM)方法，严格耦合波(RCWA)方法，以及散射矩阵法，并且介绍了完美匹配层(PML)吸收边界条件。最后讨论了介电常数的计算模型分析：Drude模型、Debye模型和Lorentz模型，对金属的表面等离子体特性进行了分析。
第三章：本章具体分析了超快激光下孤立的和耦合的金纳米结构，以及组成的对称的和不对称纳米蝴蝶结天线。分析了其表面等离子体光学特性，计算了频域响应和时域响应。优化设计后的不对称纳米蝴蝶结天线，表面等离共振可支持超宽的频谱响应和超高场增强因子，有利于发展基于纳米结构表面等离子体的新型XUV及X射线光源。
第四章：本章探讨了Ag/Au的核壳结构组成的双金属纳米天线结构的光学特性。这种双金属核壳结构由于采用Au作为外层壳，这就避免了内层金属Ag被氧化。将这种双金属纳米天线应用于少周期激光脉冲进行理论计算分析及优化设计，采用数值方法计算并优化了这种双金属纳米天线，并与纯金和纯银纳米结构进行比较。当双金属结构的核壳比例经过优化设计和调整后，这种双金属纳米天线比起纯金或纯银构成的纳米天线有着更高的表面等离共振增强能力。
第五章：本章研究了运用在超快激光中，XUV光纳米结构的介质耦合输出器，提出了改进的闪耀型结构的XUV纳米周期光栅，并通过优化设计使其输出XUV的衍射效率有了较大的提高。这种闪耀光栅以不同的衍射角输出XUV光，实现了对不同频率和波长的选择，有着较高的衍射效率，且对基频红外光有着高反射特性。对这种衍射光栅在超快激光下的非线性效应进行了相关测量和讨论。
第六章：本章对论文研究结果进行了总结，并对未来发展进行了展望。