氢气是一种理想的清洁能源,其具有燃烧效率高、产物无污染、自然界广泛存在并且可循环等优点。但氢气化学性质活泼,极易引发爆炸,氢气摩尔质量最小而易于发生泄漏。这些缺点限制了氢气的广泛使用。人们急需一种有效的氢气监控设备,从而降低氢气使用的安全风险。目前已经存在基于热学、电学、机械学、声学和光学等原理为基础的氢气传感器。相较于其它种类,基于光学的氢气传感器不会受到电磁波的干扰,并且具有灵敏度高、集成性强、成本较低和可靠性强的特点。与之相对的是,其它非光传感器件大部分容易接触到热源或者电火花,使用过程中更容易发生安全问题。表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons,SPP)是一种特殊的电磁波模式,在金属与介质交界面上传播。由于其可以克服光的衍射极限的特性,被用于诸如纳米线、波导等纳米结构光器件的研究中。通过在传感器中引入表面等离激元,可以获得更好的性能、更小体积的传感器结构。论文提出了一种新型氢气传感器结构,该结构由一块银-钯双金属层与一个金属-介质-金属(Metal-Insulator-Metal,MIM)共振腔结构构成。MIM结构作为一个表面等离激元共振腔,能够将能量有效束缚在结构内,在结构的透射谱上表现出共振峰;双金属层中的金属钯吸氢后膨胀,两种金属的不同特性使得结构在应力的作用下发生弯曲,造成结构的改变并反映在共振峰位置的偏移上。论文特别通过将金属钯放置在结构外部,从而能够更好地与环境中的氢气接触,获得更短的响应时间。论文使用数学建模与物理仿真对结构进行了优化与验证,讨论了结构参数对氢气传感器灵敏度的影响,之后介绍了研究过程中使用的计算和仿真方法。结果发现,通过引入双金属层,传感器的灵敏度能够达到6.44nm/(v/v-%hydrogen),同时具备149.9s的响应时间。同其它基于SPP的氢气传感器相比,该结构在不增加响应时间的同时,获得了接近23倍的灵敏度。不仅如此,将传感装置的双金属层同共振腔在物理上分离,从而为之后结构的优化和调整提供了更多的空间。