1998年,Ebbesen小组在零级透射谱上观察到了与Bethe理论预言结果不同的高透射峰,这种现象被命名为光学异常透射。在过去的二十多年,异常透射在不同的波段得到了快速的发展,关于其形成机制也引起了广泛讨论。本文首先介绍光学异常透射的研究背景及研究进展,分析光学异常透射的几种代表性形成机制,归纳几种能发生光学异常透射现象的模型结构。接着研究二维金属膜圆孔阵列的异常透射情况,提出一种基于圆孔波导模式的异常透射机制,并进行折射率传感器的设计。研究线偏振平面波垂直入射到亚微米金属膜圆孔阵列的透射谱,优化结构参数后的透射率可达0.896,突破了传统理论的预期。分析金属膜圆孔阵列的能量分布、电场波导模式、相位特征及色散关系等,提出一种基于金属膜圆孔波导的异常透射机制。研究发现,当光晶格的电场模式与圆孔中的横向本征电场模式相匹配时,将导致较大的耦合效率,孔径里的光纵向传输出阵列,形成较大的透射率。通过研究入射角为17度时的金属膜圆孔阵列的电场分布,发现金属膜圆孔阵列的光学异常透射是基于高阶波导模式。如果在圆孔中填充大折射率介质,可以实现波长远大于孔径情况下的较大透射率,优化结构参数得到的最大透射率可达0.432。对于超厚金属膜圆孔阵列,波导模式依然可以起决定性作用,金属膜圆孔阵列可以获得较大的透射率。圆孔波导机制不但可以解释较厚的二维金属膜圆孔阵列的光频段异常透射现象,而且也可以应用在没有表面等离激元的太赫兹波段。分析了太赫兹波段下的超材料异常透射现象,通过对能量分布、电场波导模式、相位特征及色散关系的研究证实了基于圆孔波导模式的异常透射机制也适用于太赫兹波段,优化结构参数得到的最大透射率可达0.944。基于波导模式金属膜圆孔阵列,设计了两种折射率传感器,分别是气体折射率传感器和生物折射率传感器。研究发现:可见光波段下的气体折射率传感器灵敏度可达420nm/RIU,可以用来检测矿井下空气中瓦斯浓度,当瓦斯浓度超过1%时,检测灵敏度为450.32 nm/RIU。太赫兹波段下的气体折射率传感器灵敏度可达240μm/RIU,生物折射率传感器灵敏度可达206μm/RIU。研究结果丰富了异常透射的形成机制,为超高透射谱的研究提供了的新思路,并对气体与液体传感器的设计有一定的参考价值。