表面等离激元是由光与金属表面电子的集体振荡耦合产生,在金属/介质的界面高度集中的一种倏逝波。基于表面等离激元原理,表面等离激元传感器是通过光学手段将被测量(输入量)转换成另一个量(输出量)的传感装置。与含有分析物分子的溶液接触后,因其传播常数受到吸附物折射率(介电常数)的影响,表面等离激元的共振条件发生改变,这时传感器能比较精确、及时地检测出外界这种变化。近年来,由于表面等离激元共振生物传感器实时、快速、无破坏性等一系列优点,已经成为研究的热点。本论文中入射光波长为633 nm,基于Kretschmann结构设计了两种不同的表面等离激元共振生物传感器。首先确立模型,利用传输矩阵法对所提出结构的反射率进行了分析,通过参数优化,研究了传感器各金属层、不同介质层以及石墨烯层对传感性能的影响。最终结果表明,所设计的表面等离激元传感器与传统的结构相比较具有更高的灵敏度,其它性能如半高全宽、品质因数等也很优越,更适合作SPR生物传感器。本文的主要研究内容如下:1、简单介绍了表面等离激元的基本理论、表面等离激元是一种倏逝波的推导过程、表面等离激元的色散关系以及波矢匹配条件,最后介绍了几种常见的激发表面等离激元的方式。2、介绍了表面等离激元共振生物传感器的物理原理和研究方法。尤其对传输矩阵法进行了详细地理论推导,从而得出表面等离激元传感器结构的反射率、电场分布等参数与结构参数之间的关系,最后定义了SPR生物传感器的各性能指标。3、设计了一种基于金-石墨烯-金三明治结构、氧化锌作为识别物质与待测分子接触的表面等离激元共振生物传感器。本结构中石墨烯和具有高介电常数的氧化锌的引入都有利于提高灵敏度。通过参数优化,当石墨烯层数为三层,氧化锌厚度为15nm时,设计的生物传感器的灵敏度最高可达222°/RIU,这比传统结构生物传感器的灵敏度增强了20%。4、设计了一种钛酸钡/石墨烯复合结构的双金属表面等离激元共振生物传感器。采用银-金双金属结构,除了能增强灵敏度外,还能防止银膜的氧化。采用具有优异介电性能的钛酸钡材料,也能够对灵敏度有进一步的增强。另外,石墨烯作为一种具有独特光学和电学性质的材料,对生物分子有较强的吸附作用,也会提高生物传感器性能。结果表明采用这种结构的生物传感器灵敏度可达294°/RIU,品质因数达到42.13/RIU,与已有的双金属结构相比,所提出的双金属SPR生物传感器的灵敏度几乎是原来结构的4倍,相信该结构的出现将会促进生物传感器的广泛使用。