本文基于平面光波导理论,在简要介绍光波导模式光谱生物传感器(OWLS)的基础上,为提高其传感特性做了以下研究: 一、在分析经典消逝波光波导生物传感器的基础上,探讨用更为直观的截止特性来进行生化传感,分别对三层及四层平板波导进行了研究,指出了作为基于截止特性的生化传感器三层波导结构存在的局限性。在理论上研究了可以在四层波导中使用变折射率材料来进行基于截止特性的生物传感,并给出了由空气隙、极化聚合物、高折射率薄膜、待测物组成的传感器结构示意图。用数值分析的方法绘出了此装置的灵敏度与高折射率薄膜厚度的关系曲线并与经典消逝波传感器灵敏度相对比,结果表明这种新型的传感器理论上可以在较厚的薄膜结构中达到很高的灵敏度。 二、深入研究了反对称模光波导结构,采用精确公式,证明了反对称模光波导传感器比正对称模光波导传感器的灵敏度更高;为使反对称模光波导生物传感器能在测试的动态过程中始终保持高的灵敏度,提出了一套新的设计框架。首先提出用杜邦公司的折射率为1.29的Teflon AF树脂作为衬底,这种材料是目前有报道的一种折射率小于纯水折射率并有良好光学性质的物质。通过理论分析及计算,得出了在已定波导层材料下的最大可测覆盖层折射率及导波层制造精度。及在己定最大可测覆盖层折射率情况下,确定了最小可用的波导层折射率及波导层制造精度。通过计算机模拟,给出了两个范例。所有设计都可使传感器的动态测试过程中保持灵敏度在0.2到0.9之间。