光波导是集成光电子学和导波光学中最基本也是最重要的光学元件,一直受到学术界的高度重视。同时光波导技术在基础光学研究、光通信与集成光学等领域得到了长足的发展。本文利用导波光学理论,在亚毫米尺寸对称金属包覆波导（SMCW）基础上分析了其高阶导模的高灵敏性在光学传感方面的应用,并根据高阶导模的高导模密度特性探究了其在非线性二次谐波相位匹配的应用。对称金属包覆波导结构简单,包括导波层和上下面金属包覆层。其中下表面金属较厚作为反射层,上表面金属厚度较薄,作为波导的耦合层其厚度对波导耦合效率有至关重要的影响。由于SMCW存在有效折射率小于1的导模,故可用自由空间耦合技术将光耦合进入波导。自由空间耦合不借助棱镜和光栅等耦合器件,光以一定角度平行入射耦合层,达到相位匹配角时光能量耦合进入波导,简单方便且具有极高的耦合效率。由于一般金属具负折射率系数所以波导存在有效折射率接近于0的导模,这种模式在波导中反射角极小,在相同横向传播距离上可以经历更多次的谐振。因此展现出了与一般导模不同的性质,例如高灵敏性,偏振无关性等。这些性质为本文研究提供了理论基础,本文研究工作包括:（1）根据SMCW超高阶导模高灵敏度特性,实现对低浓度表面生长因子受体溶液折射率检测。表皮生长因子（EGF）由Cohen于1962年在雄鼠颌下腺中分离提取出的一种可刺激神经生长的活性物质,这种单链多肽由53个氨基酸构成。后来的研究发现表面生长因子对多种组织的细胞增殖有明显的促进作用,与肿瘤的发生发展有重要关系。利用SMCW理论上计算证明了其高阶导模的高灵敏度,在实验上实现了对表面生长因子受体（EGFR）0.2ng/ml浓度改变的折射率探测,并给出了相应实验结果。（2）利用SMCW高阶导模实现二次谐波相位匹配。在具有高平行度的铌酸锂（LiNbO₃）平板上下表面镀上银（Ag）,构成非线性SMCW。铌酸锂具有较高的非线性系数和较高的抗损伤阈值,是非常理想的非线性晶体材料,其相关研究也得到了广泛的关注。二次谐波相位匹配包括角度相位匹配、温度相位匹配等方式,对入射光波入射角度和温度有严格的要求。对于在波导中实现高效率的二次谐波,则需要模式之间具有相同的有效折射率以及较高的模式重叠率。高阶导模因为具有很高的导模密度,因此可以很容易实现模式间的相位匹配。