光学滤波器是光学仪器和光学系统中重要的光学元件。例如,光通信领域中用作波分复用器、各种光学光谱仪器中的滤波分光元件及光传感中的敏感探测响应元等。超窄带的光学滤波器件充分利用了光学带宽资源,扩大传输容量,在光域超窄带特征信号的直接提取、宽带光谱的超精细分割及光学实时傅里叶变换等高精度光学信号处理中具有极大的应用价值。目前的调研结果发现,有关超窄带滤波器的研究很少且工作波长一般难以实现大范围的调谐。本文提出了一种基于导模共振（Guided-Mode Resonance,GMR）效应的单层介质光栅嵌入多层平板波导结构型窄带滤波器,研究共振波长调谐与多层平板波导结构参数的关系,用于实现超窄带光学滤波及大范围的滤波波长选择与调谐;并利用滤波结构共振波长随环境参数的敏感特性,将其应用于光学传感研究,获得良好的折射率传感性能。具体开展的研究如下:（1）.利用严格耦合波理论（Rigorouscoupled-wavesanalysis,RCWA）、等效介质理论（Effective medium theory,EMT）、COMSOL Multiphysics 建模方法和数值仿真算法,对光栅嵌入型多层平面波导结构滤波器的物理模型进行分析和计算。三层波导滤波结构案例,分析三种处理方法的特点,并验证三种理论计算方法的合理性与正确性、及分析其计算方法上的差别。建立光栅嵌入式七层平面光波导（含空气覆盖层及金属反射层）反射型光学滤波器结构模型,利用EMT简化模型分析模式传输情况,利用RCWA对衍射滤波特性进行精确的求解与分析。（2）.利用RCWA并结合COMSOL Multiphysics软件,仿真计算了本文提出的光栅嵌入型式多层平面波导结构滤波器在不同偏振情况下的光传输特性及电磁场分布情况。分析结构参数（包括各平面层材料、厚度、光栅缝宽、光栅周期）、入射角及折射率费米分布等变化对滤波特性的影响,通过改变及优化结构参数,实现在可见光、近红外、中红外等多种光波段下的光学滤波。结果表明,可见光波段下获得的带宽可达到0.022 nm至0.09 nm;近红外波段获得的带宽可达到5.18 × 10-5 nm至0.0018 nm;中红外波段下获得的带宽可达到0.173 nm至0.255nm。尤其,在滤波共振波长分别为1100 nm和1550nm处,获得超窄带滤波特性,对应的滤波带宽约为5.18 × 10-5 nm和8.51 × 10-5 nm。（3）.将反射式多层平面波导窄带滤波结构应用于光学折射率传感的研究。根据气体和液体折射率取值范围,分别仿真计算了两种偏振态的光入射下的共振波长随折射率的变化特性。结果表明,TM偏振光入射时,折射率改变导致波长变化的灵敏度远大于TE偏振光入射的情况。通过结构参数对传感性能的影响分析,为提高该类传感器灵敏度提供了有效的办法,并比较了文献中的折射率传感性能,确定了本文提出的结构在折射率传感上应用的可能性。