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表面等离子激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是一种由金属表面的集群振荡自由电子与外界光子相互耦合激发而产生的一种电磁波模式。SPPs具有克服光衍射极限的能力,特别是基于SPPs的金属-介质-金属(Metal-Insulator-Metal,MIM)波导结构具有高约束、低损耗、传播长度长和制造简单等优势,因此在高密度集成光学领域具有非常广阔的应用前景。金属纳米结构中,Fano共振作为一种特殊的共振形式,具有典型的尖锐非对称线型,可以得到较高的检测灵敏度和品质因数(Figure of merit,FOM),再加上Fano共振具备增强生物化学传感光谱等优点,因此与MIM表面等离子激元波导的优势相结合,在生物化学传感领域展现出良好的应用潜力。本文基于SPPs理论设计了三种MIM波导耦合谐振腔的Fano共振传感系统。首先,提出了MIM波导耦合半圆环谐振腔结构,研究表明,当入射光传输通过该结构系统时形成了两种模式的Fano共振,并且可以通过调节结构几何参数和介质折射率对Fano共振谱进行灵活调控,计算得到两个模式下的品质因数为3.05×10~5和4.59×10~5,对应的灵敏度分别为800nm/RIU和1160nm/RIU。接着提出了含硅波导的耦合半圆环谐振腔结构,SPPs在该结构系统中传输时,形成了三重Fano共振,参数优化之后,得到了更大的品质因数和灵敏度,其值分别为9.61×10~5和1840 nm/RIU。最后,源于科学研究和工业生产广为流行的流线型风格,提出了一种MIM波导耦合流线型谐振腔结构,该结构同样能够产生三重Fano共振,优化之后得到了更好的性能指标,品质因数FOM高达1.99×10~6,同时,灵敏度达到2960nm/RIU。研究表明,多重Fano共振可以引起差动效应,作为检测环境介质折射率装置时,可有效去除环境温度对折射率的误差影响。因此多重Fano共振的研究在生物传感领域具有重要的应用价值。