现代高速通信系统及计算机芯片对信息获取、处理和传输速率提出了更高的要求。目前大规模集成电路的发展已经进入了瓶颈期,光电集成电路（PIC）尽管具有体积小、带宽大、可靠性高、抗电磁干扰性强等优点,但在实际应用中,传统光电器件受到光学衍射极限的限制,元件的有效尺寸被限制在微米级别,难以实现高度的集成化。同时光子器件与电子器件间存在尺寸严重失配的问题,难以与目前已经较普及的纳米电子器件实现有效集成。表面等离激元作为一种在金属-介质界面传播的电子疏密波,有望代替光子与电子作为信号载体构建表面等离激元互联电路,这是目前光电集成电路领域的重要发展方向之一。在表面等离激元作为信号载体的互联电路中,表面等离激元的高效激发与传输以及等离激元信号的读出过程（等离激元-电子的能量转换）是制约表面等离激元互联电路运行速度、信号传输速率的两大决定性因素。因此,如何实现表面等离激元高效激发与探测受到了科研人员的广泛关注。但是,目前研究报道的表面等离激元互联电路仅仅实现了原理验证的功能,其信号转换效率及转换速度无法满足未来高速、低功耗通信芯片的要求。因此,亟需新型微纳光电子器件实现等离激元信号-电信号的高效、高速转换。本文针对目前国内外研究的表面等离激元传输与探测结构无法高效耦合、探测等离激元以及因制备工艺复杂导致的系统集成度低等问题,基于周期性金属光栅结构设计了与CMOS工艺兼容、且适配近红外通信波段（1310nm和1550nm）的表面等离激元传输与探测结构,并从FDTD仿真以及实验测试两个方面验证了方案的有效性和可行性,同时分析了其工作机制。之后在原型结构的基础上从提高等离激元耦合效率和探测效率两个角度进行优化设计,如将周期性探测光栅改为叉指光栅提高探测效率;在耦合光栅一侧添加布拉格光栅提高等离激元耦合效率,为大规模表面等离激元互联电路以及未来光电集成电路的构建提供了一定的理论和实验基础。本文主要研究成果如下:1.设计制备了基于周期性金属光栅的表面等离激元传输与探测结构,并将器件结构的工作机制分为4个阶段。通过三维FDTD方法研究了表面等离激元耦合效率-入射光偏振角度以及吸收率-波导长度的变化关系;使用电子束光刻工艺和真空热蒸镀工艺制备了对应的器件结构,利用自主设计搭建的微区光电测试系统详细研究了不同入射光照条件对光电流的影响,所得实验结果与理论相符,充分验证了利用所设计结构传输与探测表面等离激元的可行性。2.针对表面等离激元探测结构探测效率低下的问题,尝试将周期性探测光栅优化改进为叉指光栅,研究了不同入射条件下叉指光栅-锗衬底复合结构中的表面等离激元探测效率。同时对比研究了叉指光栅-锗衬底复合结构和基于周期性金属光栅的表面等离激元传输与探测结构的光电响应特性,实验结果表明叉指光栅-锗衬底复合结构的响应度相比基于周期性金属光栅的表面等离激元传输与探测结构提升了约2.5倍。3.针对单一周期性金属光栅耦合激发等离激元效率低下的问题,研究优化设计表面等离激元激励端耦合结构,重点设计实现表面等离激元的定向传输,通过在耦合光栅一侧构建布拉格光栅结构提高单向传播表面等离激元强度以提升表面等离激元的耦合效率,提高能量利用率;利用电子束光刻工艺和真空热蒸镀工艺实现了二元光栅结构的制备,并通过实验测试验证了布拉格光栅对于表面等离激元耦合效率和探测效率的提升作用,为未来实现高效的表面等离激元传输与探测提供了一种技术路径。