表面等离激元的应用研究在生物、化学、材料、医学以及能源等领域一直扮演着重要的角色。其中,基于表面等离激元共振的传感器的研究一直是当前研究的热点。传感器应用研究的重点在于如何提升传感器的传感性能,本论文通过研究局域表面等离激元共振和介质波导模式的耦合以及超构材料中由金属衬底增强的磁偶极子共振效应,获得了高灵敏度的生物传感器,对基于表面等离激元共振的传感器应用研究具有重要意义。论文首先对表面等离激元的基础理论进行阐述,分别介绍了局域表面等离激元、表面等离极化激元以及表面等离激元学的一些应用。其次,介绍了表面等离激元金属纳米结构传感器的原理和类型,以及电磁计算模拟方法。最后,本论文创新性地提出了两种基于表面等离激元共振的生物传感芯片的设计方案。论文内容主要包括以下两个方面:1、提出通过将金属纳米颗粒阵列置于介质波导层上可以实现具有高灵敏度的生物传感器。我们研究表明,当调节金属纳米颗粒阵列的周期使介质波导层中传播的波导模式的位置与金属纳米颗粒的局域表面等离激元共振位置重合时,两者将发生强烈的耦合从而在透射光谱中形成一个具有非对称线型的Fano共振。在Fano共振位置处,该传感器获得很高的折射率灵敏度和传感品质因子,分别可达250 nm/RIU和28。此外,我们的研究还发现,要实现这种耦合并产生Fano共振,介质波导模式的电场分量必须平行于金属纳米颗粒中局域表面等离激元共振的电场分量。2、提出将金属衬底引入超构材料中以增强其磁偶极子共振,从而实现高性能的折射率传感器。我们所设计的超构材料由竖直的U型环周期阵列、中间介质层以及金属衬底组成。由于金属衬底可以完全阻挡光的透射,从而超构材料的磁偶极子共振的辐射损失几乎被完全抑制,其光谱的品质因子可以得到显著的提高。由于在磁偶极子共振处较窄的谱线带宽、近零的反射率以及巨大的磁场增强,我们所设计的超构材料传感器具有非常高的传感灵敏度(S=1308 nm/RIU,S~*=26/RIU)和品质因子(FOM=52,FOM~*=1187)。这种能够灵敏地检测出微小介质折射率变化的优越传感性能使得我们所设计的超构材料在生物传感中具有重要的应用价值。