表面等离子体共振（SPR）光纤传感技术是结合等离子光学与光纤光学在微纳尺度上实现对光的传输、耦合、谐振、放大和检测的新方法,能够有效克服传统光纤传感的瓶颈问题而成为光纤传感技术的研究热点。石墨烯作为二维光电材料的典型代表,由单层碳原子排列成六方晶格的碳同素异形体,具有强度高、零带隙、大的比表面积、高稳定性等特点,可作为吸附材料且易于集成到光纤上,在光通信、光器件和光传感等领域具有重要的应用。光子晶体光纤横截面内部存在大量的微结构,使其结构设计在性能提升上具有极大的可操作空间。基于此,本论文从结构创新的角度利用有限元法（FEM）系统的研究并设计了二种石墨烯PCF-SPR传感器,探讨了SPP激发、耦合及其与生物分子之间的共振耦合效应;研究了材料性能、几何参数对生物测量灵敏度和信号强弱的影响。实验验证了石墨烯光纤传感器的性能,具体研究内容如下:首先,设计了一种D型石墨烯-金的PCF传感器,利用SPR技术实现了在可见光到近红外波段高灵敏度的折射率传感。该结构设计第一层缺失2个空气孔,第二层空气孔呈D型排布,纤芯设计一个空气孔。利用FEM分析PCF的结构参数,计算结果如下,在折射率（RI）1.32-1.41内,涂覆石墨烯,最大波长灵敏度达到4200nm/RIU,振幅灵敏度为450RIU-1,测量精度为2.3×10-5RIU。其次,设计了一种利用非对称等离子体纳米孔石墨烯增强灵敏度的生物传感器,利用双折射效应和SPR技术,实现了在可见光到近红外波段高灵敏度低损耗的传感检测。该结构由由三个环六角形排布的空气孔组成,其特征是在纤芯水平方向有二个大空气孔,利用打破正交对称结构,有效增强SPR效应。结果显示:当RI在1.37-1.42,涂石墨烯后,传感器的最大灵敏度提高到19200nm/RIU,与未涂石墨烯相比提升了23.08%,测量精度为1.27×10-6RIU。最后,设计了氧化石墨烯长周期光纤光栅并结合癌胚检测,验证了石墨烯等离子体光纤传感器在生物传感领域的应用,为石墨烯生物传感器在临床医学的研究提供了重要的实验依据。以上研究为设计新一代高灵敏度生物传感器提供了潜在的应用价值。