表面等离子体激元（SPP）是一种在金属表面区域的自由电子和光子相互作用而形成的电磁振荡。由于其突破光的衍射极限,使得人们在亚波长尺寸上对电磁场能量进行传导、分束和聚焦等操作,因此被广泛应用于光纤通讯、光学传感、太阳能等领域。基于SPP与波导（WG）模式耦合的传感器凭借其高灵敏度和稳定性是目前应用最多的一种探测器件。目前,有关SPP与WG耦合的工作已有大量报道,但是缺少对两者耦合规律的系统研究。当金属层和波导之间的耦合层厚度较大时,它们之间的耦合较弱,表现为法诺共振;当中间层厚度低于某一临界值时,强耦合导致法诺共振相互作用变化为杂化模式行为。基于这两种不同的耦合模式,本论文提出了一种双金属层激发的SPP与WG模式耦合的传感器结构,主要研究如下:研究了常用的多层平面波导结构并定义了SPP与WG耦合模式的耦合系数,通过改变金属层厚度、双金属层配比以及耦合层厚度研究不同结构参数对耦合强度的影响。提取了耦合系数、共振波长、半峰宽和传播常数差等物理参数,获得了SPP与WG耦合规律,并最优化了Au/Ag配比和金属层厚度等参数。设计了一种新的双金属层激发的SPP与WG模式耦合的传感器结构模型,使用传输矩阵方法计算了不同波导厚度和Au/Ag配比下体系的反射率曲线。利用Fano模型公式拟合了反射率曲线,获得了不同结构下的Fano常数。系统分析了Au/Ag配比对Fano共振峰位、耦合强度、半峰宽及Fano常数的影响规律。计算发现体系具有最优灵敏度的Au/Ag配比是5/45 nm。探讨了该结构在环境折射率改变下的灵敏度和稳定性。研究发现:体系的灵敏度可达到S_max=1.5×10³RIU^-1,FOM=1.4×10⁵。比已报道的结果高2-3倍。分析了单模和多模条件下金属SPP与WG间的杂化模式行为。计算了有效折射率、损耗和传播常数等物理量随耦合距离变化规律,通过对比不同间距下电场分布,探讨了单模条件下体系从Fano共振到杂化模式下的演化规律,初步界定了不同共振模式的边界条件;进一步利用传输矩阵法和耦合模式理论研究了多模条件下SPP和波导间的杂化模式随耦合层厚度变化的演化行为,使用模式损耗参量来表征杂化模式中SPP分量所占比重,通过计算发现杂化激元模式演化存在三个不同的演化阶段。模式间相互作用经历了从弱耦合到强耦合再到弱耦合的变化过程,对应的耦合方式也从Fano共振到超模叠加再到Fano共振阶段。