表面等离激元(Surface plasmon polaritons,SPPs)是金属表面自由电子与入射光波相互耦合产生的电磁波,SPPs突破衍射极限,在金属-电介质的界面上向前传播,在垂直于界面的方向上呈指数形式衰减。金属-电介质-金属(Metal-Dielectric-Metal,MDM)波导对SPPs有较强的束缚能力,SPPs能够在亚波长尺寸上实现对光信号的操控,且在MDM波导结构中产生的Fano共振效应,对环境变化异常敏感,因此有必要深入探究基于MDM波导表面等离激元的Fano共振传感器的设计。本文基于时域耦合模理论和有限元法(Finite element method,FEM)对MDM波导中Fano共振的形成机理和SPPs在MDM波导中传输特性进行详细阐述,本文设计出三种基于MDM波导的表面等离激元Fano共振传感结构,实现了单Fano、独立调谐的双Fano和独立调谐的多Fano系统设计,主要内容如下:首先,基于方形腔产生的窄谱模式和法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)腔产生的宽谱模式的结构特性,设计一种含双金属挡板的MDM波导耦合方形腔的单Fano共振结构,由离散态与连续态发生干涉作用,形成Fano共振,并探究了结构参数对传感特性的影响。其次,设计了一种含双挡板MDM波导耦合两个方形腔的结构。由F-P谐振腔产生宽谱模式与两个方形谐振腔产生两个窄谱模式发生干涉作用,形成了独立调谐的双Fano共振,而且可以通过改变两个方形腔的大小及填充介质实现双重Fano共振的独立调谐。通过优化参数,获得高灵敏度和高FOM值的传感结构。最后,为了设计出可独立调谐的多重Fano共振结构,引入了横向级联方形腔,设计一种含双挡板MDM波导耦合横向级联方形腔的结构,实现独立调谐的多Fano共振,并通过在方形腔内添加圆盘形增益介质,对结构的传感性能进行提高,进而设计一种含增益介质的双挡板MDM波导耦合横向级联方形腔的Fano共振结构。该结构不仅可以通过改变横向级联方形腔的大小及填充介质实现多Fano共振的独立调谐,还对折射率的变化十分敏感,从而实现了多功能高灵敏度的传感设计。