纳米光子器件的发展和应用在一定程度上是受光学衍射极限制约,由于表面等离激元纳米结构具有突破传统光学衍射极限和局域场增强的特性,因而受到科研人员的广泛关注。通过调控等离激元的传播,可以实现纳米尺度上光信号的调制。因此,基于表面等离激元传感器的设计及研究是传感领域的热点。其中,基于金属微纳结构的表面增强拉曼散射（SERS）和表面等离激元共振（SPR）成为极其重要的分支。SERS是结合光-金属相互作用和光-分子作用来直接探测表面分子的技术,SPR传感器是通过检测金属表面上的目标分子对等离激元共振峰的影响进行定性定量检测的。这些等离激元传感器技术都可以达到单细胞甚至单分子的检测水平。自从2004年首次制备获得石墨烯以来,石墨烯和石墨烯基传感器在理论和应用探索中引起了众多研究人员的极大关注。众所周知,石墨烯作为最具有代表性的二维材料,具有比表面积大、载流子迁移率高等优异性能,被广泛的应用于提高传感器性能。本论文基于操作简单、灵敏度高的石墨烯基等离激元传感器,从理论和实验上对其进行研究,主要开展以下工作:（1）基于石墨烯/银纳米颗粒制备了多层等离激元增强结构的SERS基底,将石墨烯作为化学增强机制层（CM）,银纳米颗粒（Ag NPs）作为电磁增强机制层（EM）组合成CM-EM单元,构建多层复合结构作为SERS基底。从实验和理论两方面研究了改进后的多层纳米结构的SERS性能。我们证明了SERS增强效应随CM-EM单元数目的增加而增加,当CM-EM单元数目大于4时,SERS增强效应几乎没有变化。此基底上对罗丹明6G（R6G）的检出限为10-14 M,结晶紫（CV）的检出限为10-12 M。进一步,由于石墨烯的抗氧化和优异延展性的性能,复合基底表现出了优越的热稳定性。（2）基于石墨烯/银膜制备了SPR传感器,选用多模塑料光纤（POF）作为传感器的平台,D型区域为传感区,采用波长调制型构建石墨烯基SPR传感器来探究传感性能。将石墨烯和银金属纳米膜的组合,石墨烯与金属表面等离激元发生强耦合作用,提高了SPR信号的可靠性和灵敏度。通过测试不同浓度的乙醇水溶液,表现出优异的灵敏度（2546.8 nm/RIU）,与单纯银纳米膜相比,灵敏度提高了2.3倍,有效的证明了石墨烯基传感器的优越性。