平面波导光学生物传感器利用倏逝波理论来进行传感,其拥有灵敏度高、易集成、结构灵活多样、可实时检测等优势,应用前景广阔。其中聚合物波导生物传感器制备工艺简单,且生物兼容性良好,受到广泛关注。本文从提高灵敏度的角度出发来利用有限差分光束传播法对工作于850 nm波段的聚合物波导光学生物传感器进行了仿真分析,设计了Slot波导微环传感器和基于谱分裂的MZI结构波导传感器,并对一种相位解调方法从仿真和实验的角度分别进行了分析和验证。主要工作如下:在微环传感器中微环波导采用Slot结构以增加光场与待测生物溶液相互作用的程度来提高灵敏度,结合灵敏度和单模条件,选取了光波偏振状态,优化了微环波导横截面结构参数,包括单波导高度、狭缝宽度及单波导宽度;为提高输入/输出波导与光纤的耦合效率,两平行直波导采用了正脊形波导结构;综合考虑微环周损耗、自由光谱范围、品质因子、传输光功率和消光比,优化了微环传感器的弯曲半径和耦合效率;Slot波导微环传感器的灵敏度比正脊形波导微环传感器提高了一倍,考虑检测系统分辨率,前者的探测极限比后者优化了一倍。将谱分裂原理应用到MZI结构传感器中以提高灵敏度。在满足谱分裂条件和单模传输的基础上,从增大传感器两臂间相位差的角度选取两臂波导的宽度;从灵活调节光谱分裂范围以适应光源和探测设备的角度出发,设计了两臂不等长的传感器结构,一臂是直波导结构,另一臂向外侧弯曲,两臂长度差易调;为减小分支结构的传输损耗,优化设计了多模干涉波导分支结构;谱分裂波导传感器的灵敏度相比于Slot波导微环传感器提高了2~3个数量级;考虑不同传感臂长度、传感臂长度制备容差及不同分支结构,设置多组参考对照,利用CAD软件绘制了基于谱分裂的MZI结构传感器的掩模版,并对其进行了制备。以MZI传感器和微环传感器为例,对一种基于射频调制的传感器相位解调方法从理论上进行了公式推导,利用这种方法可以由探测电信号的二次谐波和三次谐波直接解调得到由于传感引入的相位差;通过Matlab软件仿真验证了该方法的正确性,并利用实验对该方法的可行性进行了初步验证;根据仿真和实验结果分析了该相位解调方法的检测精度和动态范围,讨论了实验结果与仿真结果偏差的原因,为后续传感解调实验提供了基础。