超表面与超材料以其独特的可以对电磁波偏振、相位等进行有效调控的电磁特性,越来越多的科研人员对超表面的研究产生了浓厚的兴趣,将超表面用于高灵敏度传感器设计具有巨大潜力以及良好的应用前景。超表面可以增强与线性和非线性介质之间的相互作用、可以减小器件的尺寸以及提高电磁场的局部化程度。然而在近红外和可见光波段范围内,当使用金属夹杂物制作的超表面时,通常面临着以下的技术障碍:使用昂贵的贵金属、较高的欧姆损耗和制造工艺困难。目前针对这一问题的解决办法是通过使用全介电材料而不是金属材料来制作超表面,这是利用了全介电材料不受到欧姆损耗影响的特性。另一方面,在光学波段范围内,对于应用器件来说,一个重要指标是辐射能量的损耗,而制造全介电超表面同样可以减少辐射能量损耗。这种超表面由介电谐振器组成,谐振器支持一种特殊类型的共振模式,我们称之为俘获模式(该现象也被称为暗模式或连续介质中的束缚态),在该模式下可以对辐射损耗进行有效控制。本文对全介电超表面的透射特性进行了较为系统地研究,讨论将其应用于传感器件的可行性。一,研究了支持激发低Q值的电磁共振的超表面的设计,该表面支持对沿法线入射极化波的俘获模式的激发,由具有结构单元的周期阵列组成,结构单元是带偏心孔的亚波长介电圆盘。通过与各个介电圆盘谐振器固有的模式进行比较,确定了超表面在透射频段中的谐振状态。建立了结构单元几何形状的不对称性与俘获模式Q值之间的相关性。二,研究了极化不敏感超表面的设计,即设计带偏心孔的圆盘谐振器。结合群理论,设计了一种全介电超表面,其结构单元由四个介电圆盘谐振器组成,以对称的C4旋转群形式结合在一起(C4群设计)。三,为了进一步研究结构的非对称性对电磁波的透射特性的影响,论证了对极化不敏感的超表面的设计(C4v群设计),该超表面可以在近场激发出强且均匀的电磁场俘获模式。所激发的电磁场分布在超表面的周期结构平面内,局域于高折射率介电粒子的外部。四,研究了基底的相对介电常数对俘获模式共振频率的影响。五,通过使用超表面设计了折射率传感器实验室测试原型,并且在微波频率范围内对其俘获模式进行了实验表征。以上研究表明,可以使用全介电材料替代金属材料来制作超表面。这种新一代超表面可以用于折射率传感器的设计,具有高灵敏度、低辐射损耗的特性。