表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering，SERS)的发现克服了传统拉曼光谱分子检测方法中，由于分子拉曼光谱散射截面很小而导致拉曼散射光信号很弱、探测灵敏度低等缺陷。当贵金属(金、银、铜等)表面具有一定形式亚波长尺度结构时，结构附近的电磁场可获得极大的增强，使得吸附在上面的样品分子拉曼信号得到显著的提高，甚至达到单分子探测的水平。利用化学工艺合成的不规则金属微纳结构作为SERS基底可以提供一定的电磁场增强，但由于不能提供可重复性实验数据，且难以控制结构的大小和形状，所以不利于SERS机理的研究和器件的进一步优化。相比于不规则金属微纳结构，规则金属基底不仅能提供可重复性的实验数据，还可以达到更高的增强因子，有利于揭示SERS的物理增强机制。在这些规则的金属微纳结构基底中，纳米金属槽结构虽然结构简单，却能产生很高的电磁增强，在SERS电磁增强机理的研究中受到重视。金属纳米结构在外场照明下会激励出表面波，比如表面等离子体(SurfacePlasmon Polariton，SPP)。很多研究者利用金属纳米结构调制SPP以实现电磁场增强。比如同心纳米狭缝结构、纳米狭缝腔结构以及孔阵列结构。虽然这些文献中都提到过SPP对电磁场增强的作用，但是并没有定量化地给出SPP对电磁场增强的贡献。基于上述原因，研究了SPP等表面波对金属亚波长结构电磁场增强的影响，选取T型金属纳米槽结构作为研究对象，研究了T型槽作为SERS基底的电磁场增强情况。相比于单个矩形槽结构，T型槽的电场增强比单槽结构要高两倍以上。　　 本文综合考虑中心槽内的波导模式共振和T型槽顶部宽槽激励的表面波的影响，建立了一个直观的表面波模型。该模型能精确预言全矢量方法严格计算结果，可用于分析场增强的物理机制。模型的分析结果显示，T型槽的顶部宽槽可以激励出表面波，并收集表面波耦合进入中心窄槽内，使得中心槽内的波导模式共振得到进一步增强。发现SPP并不是唯一影响电磁场增强的表面波，需要考虑另外一种准柱面波(quasi-Cylindrical Wave，CW)的作用。基于SPP共振原理的折射率传感器具有灵敏度高、免标记、可实时探测等突出优点。常见的SPP共振激发方式有两种，一种是利用棱镜全内反射(Attenuated Total Reflection，ATR)耦合，通过全内反射实现入射波矢和SPP波矢的匹配以激发SPP，此类传感器优点是灵敏度高，但是占用空间大、需要大量的样品，难以实现高通量和基于微芯片的检测，比如DNA芯片和蛋白质芯片的检测。另外一种SPP激励方式是采用微纳米尺度亚波长金属结构阵列，通过阵列倒易矢实现入射波矢和SPP波矢的匹配，和传统ATR方式相比，不仅进一步提高了灵敏度，而且易于集成、耗费样品数量少，受到越来越多的重视。基于上述背景，研究了在水溶液环境中亚波长金属狭缝阵列光学异常透射的折射率传感特性。采用严格耦合波分析(Rigorous Coupled Wave Analysis，RCWA)全矢量方法计算了狭缝阵列的透过率谱。建立了Fabry-Perot半解析模型，能够精确预言全矢量方法的计算结果。基于该模型给出的共振条件，提出并解释了当透射峰精确位于瑞利异常位置时，透射峰能达到最尖锐的状态，给出了设计狭缝阵列达到该状态的方法。设计得到的透过率谱峰值半高宽(δλ)可达0.01nm，对应的溶液折射率测量不确定度(δns)达到2×10-6RIU。系统地给出了阵列周期、狭缝宽度、入射角等参数对设计得到的传感灵敏度、δλ、δns、峰值透过率等的影响。最后完成了金属狭缝阵列的加工，并给出了相应的实验测试结果，证实了RCWA严格计算和Fabr-Perot模型的有效性。