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纳米光子学研究纳米尺度上光的行为，由于在光电子器件、信息光学、生物光子学、新型材料等方面具有巨大的应用前景，其已经成为一个相当重要和热门的研究领域。随着先进制备、表征技术的不断发展和运算能力的持续提升，纳米光子学将得到更加快速的发展。与此同时，人们发现金属纳米结构在这个领域中占据着极其关键的位置。金属纳米结构之中可以激发出一种特殊的模式一表面等离子体激元，其局域特性和近场增强效应可以在很多方面发挥无法替代的作用。近十年来，研究分析金属纳米结构纳米光子学特性的各个方向逐渐形成一个系统的体系，并可独立成一个称为表面等离子体激元光子学的分支。
值得考虑的是，即使当前实验中制备纳米结构的成本不断下降，准确高效的数值模拟方法仍然有着积极的意义。精确的模拟结果可以很好地指导实验的进行，大大节约时间和材料成本。我们可以对一些实验上还无法实现的结构首先进行理论上的探索，构建合适的模型进行计算，从而促进对未知领域的认知。
本文首先对纳米光子学和金属纳米结构的概念和研究现状做一个总结，包括理论发展、应用前景和几个研究方向的主要内容。然后给出两种数值方法-离散偶极子近似方法和时域有限差分方法的概念、基本原理、算法特点和一些值得注意的问题，并对不同的方法进行了简单的比较。
后两章作为本论文的主要部分，分别介绍了实现两种数值方法的软件DDSCAT和FDTD Solutions的应用，提供了具体计算的大致操作步骤和自己在使用中所遇到问题的解决方案和积累的一些经验。我们根据这两个软件各自的特点，分析了四个具体的模型，包括含增益纳米立方体的表面等离子体辐射的受激发射放大、纳米球壳的光学性质、银膜的表面等离子体共振激发和金纳米球对荧光分子弛豫速率及量子产率的影响。
通过对以上问题的讨论分析，我们对金属纳米结构中表面等离子体的一些性质有了较深的认识，同时了解了如何利用常用的数值模拟软件进行实际的运算，为更深入的研究打下基础。