表面等离子体共振是一种广泛应用于物理、化学、生物等多个领域的检测技术,基于入射光在光密介质与光疏介质的衰减全反射和表面等离子体波波矢匹配的原理,对介质表面环境折射率微小的变化进行检测。通常金属被作为表面等离子体共振激发的材料,但金属易于氧化的特性限制了其应用。石墨烯的出现将表面等离子体共振技术带入一个新的时代。石墨烯是一种稳定的只有单原子层厚度的二维晶体材料,具有优良的光电学性能和生物分子亲和能力,并且石墨烯的性能可以通过外加偏置电压或化学掺杂改变,因而具有很好的可控性。本文利用石墨烯的优良性质与光子晶体的特性,提出了基于石墨烯光子晶体的新型光纤表面等离子体共振生物传感器结构,并利用传输矩阵法和时域有限差分法研究了所设计的传感器灵敏度、检测精度等特性,为光纤表面等离子体共振传感器的发展提供了新的方向。本文首先对光纤表面等离子体共振传感器的研究现状进行分析,详细描述了石墨烯的化学势、电导率、色散关系等性质,并简单的介绍了传输矩阵法和时域有限差分法。其次,利用石墨烯替代金属作为表面等离子体共振的激发物质,提出了一种基于石墨烯光子晶体的光纤表面等离子体共振生物传感器,此传感器可以同时支持偏振光激发高场约束大波矢横磁模式和弱的有界低损横电模式的表面等离子体共振,从而实现传感器对待测物折射率变化的检测。通过传输矩阵法和时域有限差分法分析光子晶体周期、石墨烯层数和传感长度对传感器性能的影响,合理配置传感器各结构参数提高其灵敏度和检测精度,在此基础上分析了待测物折射率与共振波长的关系。设计了一种由两种传感结构并联的光纤表面等离子体共振生物传感器,可增大生物分子浓度测量的量程。通过在石墨烯层外加PMMA层,并改变光子晶体的周期数调节传感结构的检测范围,从而设计两个检测范围和工作波长互不影响的支持横电模式的传感结构,将两个传感结构并联在裸露的纤芯上,从而实现对待测物折射率大范围的检测。在并联光纤表面等离子体共振生物传感器的基础上,提出了两种分布式传感器结构,分别基于光子晶体材料的改变和在石墨烯层外增加不同厚度的PMMA层。同时调节石墨烯的化学势,使各个传感结构的性能达到最佳。两种传感器都拥有很高的灵敏度和检测精度,并且实现了对同种待测物质不同空间位置的实时检测,或不同物质的同时检测。