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空间光广角接收在自由光通信、光探测、光电集成及生物化学传感等领域都具有重要的意义。利用表面等离激元(Surface Plasmon Polariton，SPP)突破衍射极限的新颖特性，有望解决传统光学系统视场角与光学增益之间的矛盾，扩展接收视场角，为广角接收提供可靠的解决方案，是空间光接收的发展方向。而基于SPP的空间光耦合入波导及定向传输，是广角接收及后续应用的核心组成部分，是新型SPP微纳器件以及偏振透明光电器件的实现前提。本论文围绕基于SPP的空间光耦合入波导及定向传输与应用机制，从理论、仿真计算、实验验证和应用讨论等多方面展开深入研究，主要内容包括广角宽带耦合入Plasmonic波导的方法研究，广角耦入Plasmonic波导的实验验证，偏振不敏感的定向耦入波导方案，以及耦入波导SPP模式的滤波、波长解复用等定向应用研究，具体工作如下: 首先，提出并研究了基于等离子临界角(Plasmonic Critical Angle，PCA)现象结合亚波长光栅效应的空间光耦合方法，能够将入射TM偏振光广角宽带的定向耦合入金属-电介质-空气(Metal-Dielectric-Air，MDA)等离子波导，并高效单向激发SPP模式。利用第0阶光栅共振激发MDA波导中正向传播的SPP模式、PCA附近宽带激发金属光栅上表面正向传播的SPP模式这两个物理效应，通过合理设计耦合结构，使得两个耦合机制同时起作用，从而将TM偏振光广角宽带耦入MDA波导。分析了耦合结构的物理原理及结构参数需满足的条件，讨论了其接收角度范围，耦合带宽，耦合接收效率，单向激发等特性。 接下来，通过实验验证了基于PCA现象和亚波长光栅效应的空间光广角耦合原理。自主设计并搭建了精密可调节的CCD远场显微成像系统和广角度实验测试平台。利用可旋转平移的反光镜，动态可控的精确改变入射角度，实现光从衬底入射至目标结构。通过电子束沉积、FIB刻蚀、电介质旋涂等加工流程，完成了目标结构和对照结构的加工制作，并利用测试平台对样片完成实验测试。从实验上证明了，基于PCA和光栅效应相结合的广角耦合原理，可实现TM偏振空间光的广角(25°)、单向(rexp＞10dB)耦合入MDA等离子波导，在空间光耦合接收，新型光电器件，以及集成光子回路等方面具有重要的应用价值。 进一步，研究并利用MDA等离子波导同时支持TM Plasmonic模式和TE Photonic模式传播的特性，分别提出了两种对入射光偏振不敏感的双向分偏振耦合入波导结构，可同时耦合接收TM和TE偏振光并定向激发Plasmonic模式和Photonic模式:首先，基于光栅Bragg矢量匹配原理，设计了细缝阵列光栅结构，实现高效的分偏振双向耦合入MDA波导，通过仿真计算验证了设计方法的正确性和一般普适性，讨论了其性能指标，该结构耦合接收角度谱宽度较窄;其次，基于具有偏振选择性的金属-电介质凹槽阵列，提出了一种新型的非对称细缝-凹槽天线结构，阐明了结构的工作原理和设计方法，定义并讨论了品质因数(Figures of Merit，FOM)随入射波长与角度变化的耦合性能，可实现广角的分偏振双向耦入MDA波导。有望解决金属等离子器件只适用于TM偏振光的耦合问题，提供了Plasmonic模式与Photonic模式结合使用的潜在平台。 最后，研究和讨论了耦合入金属-介质-金属(Metal-Insulator-Metal，MIM)等离子波导光模式的定向传输与应用问题。基于MIM波导与共振微腔，研究了MIM波导的传播特性、等离子圆形微腔的共振模式特性，建立了时域耦合模理论模型，利用时域有限差分FDTD方法仿真分析了波导与微腔之间的耦合问题。分别提出了基于边耦合双微腔的三波长定向解复用结构，以及基于微腔耦合级联的可扩展多波长定向解复用结构，可实现适用于集成光通信的纳米量级光学滤波和波长选择功能，完成对耦入波导光信号的定向应用，并讨论了器件的传输性能与应用前景。