由介电常数周期性变化材料构成的光子晶体作为一种新型的光电材料,具有良好的光子局域、超小体积、易于集成等特性。利用光子晶体构成的微腔具有非常高的品质因数、极小的模式体积、超强的局域能力等优良特性,将光子晶体微腔应用于传感器的设计制作可以极大地增强传感器的灵敏度,减小传感器的体积,便于传感器阵列集成。因此,对于光子晶体微腔传感器的研究十分必要,本文对基于光子晶体微腔的传感器进行了性能分析和应用研究,其主要的分析和研究成果分为以下几个方面：首先,基于优化设计的耦合边腔,用级联硅波导对多个耦合边腔进行集成,构成了一个具有多功能、高灵敏度、可重复检测的光子晶体生化传感器阵列。通过调整边腔距离耦合波导的位置以及边腔周围结构获得最大的透射率与光子局域能力,为提高生化传感的灵敏度提供了条件。接下来通过优化级联硅波导,将多块光子晶体边腔结构级联构成光子晶体传感器阵列,达到最佳的耦合级联效果。构成的生化传感器阵列可达到120nm/RIU的传感灵敏度,并且多个微腔之间影响很小,每个微腔传感器可以单独工作,也可同时进行生化传感检测。其次,基于一种光子晶体斜型微腔,对微腔周围结构进行设计与优化,获得了最高品质因数达到7800的微腔结构。对利用这种斜型微腔设计的二维压力传感器和三维微机械传感器均进行了研究,在每个维度上都具有同一量级的传感灵敏度和最小机械量检测极限,实现了多维微机械传感,其中最高压力传感灵敏度为12.5nm/μN,最小压力检测极限为16nN。实现了在单一光子晶体结构上同时进行多维微机械传感。最后,基于斜型微腔,设计了光子晶体波导与斜型微腔之间的距离和角度,通过将多个斜型微腔串并联,构成光子晶体微腔传感器阵列。简化了能量分束结构,提高了光子晶体平板结构上的空间利用率,并使集成度大大提高。每个斜型微腔均可单独进行生化传感,既实现了单一物质的冗余检测,又实现了多种不同物质的同时检测。这种耦合集成方式可用于未来较大规模光子晶体微腔阵列的集成。以上这些研究成果为光子晶体微腔传感器的设计、集成应用提供了新的方向与思路,在多维微机械传感和大规模光子晶体微腔传感器阵列集成的研究中有重要的参考意义和应用价值。