超表面是以亚波长为结构单元周期性或者非周期性分布的微纳结构,表现出超常的电磁特性,超材料不是自然界中本身就具有的材料,而是人工设计制作的,具有各种独特的特性,比如负磁导率或者介电常数、负折射率等。随着微纳结构加工技术的进步和微纳结构表现出的独特的光学特性,超表面结构逐渐应用于生物传感器、慢光器件、光学调制器件等的制造。因为组成超表面的材料不同,可分为金属超表面和介质超表面。传统的折射率传感器主要是由贵金属材料组成的,通过激发表面等离激元来实现传感。但是由于金属具有欧姆损耗,所以基于金属结构的超表面折射率传感器的品质因数、FOM值和灵敏度普遍很低。这极大地限制了折射率传感器的发展。为了解决这一问题,由于全介质不具有欧姆损耗,人们开始在全介质材料上设计结构,例如具有高折射率的锗、硅等材料,从而为制成高灵敏度的生物传感器提供了一种新的方法。基于此,本文提出了两种基于不同原理的全介质超表面结构中红外折射率传感器,主要的研究成果如下:（1）在全介质的硅表面设计非对称的十字开口环结构的生物传感器,实现了高品质因数和高灵敏度的磁共振。我们通过改变中间棒的偏移量,当对称性被打破时,入射光TE波与不对称结构相互作用产生Fano共振,在Fano共振峰处有极大的电磁场增强。这种异常增强磁共振,是由离散态（亮模式）与连续态（暗模式）之间的相互干涉产生的。离散态可以通过入射光直接激发,连续态不能通过入射光直接激发,可以通过打破对称性来激发。当对称的结构引入了一个导致不对称的参数后,全介质磁共振折射率传感器的品质因数大幅度提高,提高了6倍。作为一种基于磁共振的非对称十字开口环全介质超表面折射率传感器,其共振峰波长在中红外波段8680nm-8800nm之间,通过优化结构参数在检测溶液折射率变化时,其灵敏度可达500nm/RIU,品质因数FOM达到909。（2）在全介质的锗表面设计单双周期光栅生物传感器,实现了传感器的高灵敏度。该传感器采用光栅波导耦合的导模共振,并通过调制复合波导光栅生物传感器的波矢量来提高灵敏度。我们设计了两种光栅,一种是填充因子fb=0的单周期光栅,一种是填充因子fb=0.2的双周期光栅。这两种光栅的周期都是5微米,并且每个周期内两种光栅脊的总宽度保持恒定,即fb+fc=0.6。将全介质单双周期光栅超表面结构应用于无线无源传感,通过有限元方法对其进行仿真,可得单周期和双周期光栅在中红外波段灵敏度分别高达895nm/RIU和299nm/RIU。并通过实验的方式验证了该传感器的折射率传感性能。在以硒化锌为基底的锗膜上制备单双周期光栅结构,将单双周期光栅与微流控器件结合,通过改变覆盖在单双周期光栅上的生物溶液的折射率,观察单双周期光栅结构的反射光谱共振峰随生物溶液折射率变化的移动,验证了理论上的该结构的折射率传感特性。