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光纤表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)传感器对外界环境折射率的变化非常敏感,由于其具有灵敏度和分辨率高、能实时检测等优点而被广泛应用于生物、化学和医疗等领域。本论文从光纤SPR传感器的结构和材料两个角度来优化传感器的性能,主要研究了在线传输式光纤SPR传感器和侧边抛磨型光纤SPR传感器两种结构,用多层膜传输矩阵理论和有限元分析方法系统地研究影响传感器性能的因素,通过引入二维材料二硫化钨,改变各层膜的厚度以及金属膜结构,分别提出了最优化设计方案。以下为本论文的主要研究内容:1、围绕SPR技术理论,分析了SPR传感器的传感原理,研究了最典型的Kretschmann棱镜结构的SPR波矢色散关系,用基于有限元分析方法的COMSOL Multiphysics仿真软件模拟了SPR现象的激发与传播以及折射率传感特性,仿真出SPR现象引起的局部场强急剧增强的现象,深入研究了根据透射光谱的共振峰所对应的共振波长可求得传感介质折射率的传感特性,为全面设计光纤SPR传感器提供基础。2、提出一种在金膜表面涂覆氧化锌和二硫化钨材料的在线传输式光纤SPR传感器,通过增加倏逝波的透射深度来提高光纤SPR传感器的灵敏度。根据多层膜传输矩阵理论,用MATLAB软件对透射光谱进行数值仿真计算,优化各层膜的厚度,分析传感器灵敏度的最优值,并研究其光场分布。结果表明,在外界环境折射率为1.33～1.37的范围内,用金膜、氧化锌和二硫化钨调制的最佳厚度分别为40nm、5nm和14层时,光纤SPR传感器灵敏度最高可达到4310 nm/RIU,相比于没有修饰二硫化钨的结构灵敏度提高了36%。提出将所设计的光纤SPR传感器应用于葡萄糖浓度检测的设想,描述了检测原理,对其进行了数值模拟研究。3、提出一种修饰二硫化钨的金纳米柱阵列侧边抛磨型光纤SPR传感器,先用COMSOL Multiphysics仿真软件研究基于金膜的侧边抛磨型光纤SPR传感器,分析了传输模式、金膜厚度以及剩余包层厚度对SPR传感器性能的影响,在得出其最佳参数的基础上,研究了各种光纤参数、金纳米柱参数及二硫化钨厚度对SPR传感器性能的影响。研究得出基于金膜和基于金纳米柱阵列的侧边抛磨型光纤SPR传感器的最优灵敏度分别为3410 nm/RIU和4300nm/RIU,基于二硫化钨修饰的金纳米柱阵列侧边抛磨型光纤SPR传感器的灵敏度随着二硫化钨层数的增加而增大,灵敏度高达4890 nm/RIU。研究表明,二硫化钨材料可以提高SPR传感器的灵敏度,并且基于金纳米柱的侧边抛磨型光纤SPR传感器比基于金膜的灵敏度更高。