随着现代科学技术的快速发展，人们对集成光学器件提出了越来越高的要求。由于难以克服衍射极限，传统的光学器件在高集成化和微型化方面存在困难。近年来，人们对表面等离子体的原理及特性进行了深入的研究，发现利用表面等离子高度局域化、透射增强的特点可以突破衍射极限，将光学器件缩小到亚波长尺度，实现其在纳米尺度下的控制和传输。一大批表面等离子体光波导也被科研工作者提出和研究。其中金属—介质—金属表面等离子体波导具有较高的限制性并且结构简单，受到了广泛的关注。本文的研究以电磁场理论和表面等离子体的相关理论为基础，设计了一种金属—多层绝缘介质—金属表面等离子体波导结构，采用时域有限差分法来分析其电场分布和传输特性，并且探索这种表面等离子体波导结构在传感器领域的应用。本文的主要工作如下：首先，介绍表面等离子体和表面等离子体波导的基本理论和基本性质，重点推导了表面等离子体波导的色散关系和传播常数，并从理论和数值模拟出发，研究金属—介质—金属表面等离子体波导的电磁场模式和传输特性，为下文波导的设计和研究提供理论基础。其次，设计了一种金属—多层绝缘介质—金属表面等离子波导结构，利用时域有限差分法对其传输特性进行数值分析。研究了有效折射率和传播长度与中间多层绝缘介质厚度之间的关系，并分析了金属层的角度对该波导结构中场分布的影响。结果表明：当光波从波导结构上方垂直入射时，电磁场被限制在多层介质中的高折射率区，可以实现场的耦合传输。通过优化中间绝缘介质厚度和金属层的角度可以改善传输性能。这种结构能够突破亚波长尺度上的光限制，能够应用在传感器和光电子集成领域。最后，为了探索这种金属—多层绝缘介质在传感器领域的应用，提出一种基于表面等离子体波导的湿度微环传感器，并对其进行数值模拟及分析。研究了外界环境相对湿度的变化对波导结构传输特性的影响，根据计算和仿真结果得出，通过改变U型波导的两个耦合点间的距离，可以使传感器的灵敏度更高，并且传输性能稳定。实现了在高灵敏度感湿的同时兼顾大范围的滤波选频，为微型光学器件的制备提供了理论基础。