光学传感技术在理论研究领域和实用生产技术中有着非常广泛的应用。从光学传感器近十年的飞速发展来看,传感器的传感特性,也就是探测灵敏度的提高是与光电子科学技术、微电子加工技术的不断深化,以及对光的物理本质的充分认识有着非常紧密的联系。近年来,基于回音壁模式的光学谐振结构逐渐成为人们研究的热点,既加深了对光在谐振结构中传输特性的理解,又提供了一种新的解决方案去改善光学生物和化学传感器的传感特性。目前,基于回音壁模式光学生化传感器的研究逐渐深入,低成本、高效益,高灵敏度、高选择性、高集成度、小型化和能够实时探测的生化传感器是人们追求的目标。鉴于此,本论文的主要研究内容是提出一种基于回音壁模式的光学谐振结构,它是由双环谐振结构耦合Mach-Zehnder干涉仪组成。通过理论与实验研究,证明双环谐振结构耦合Mach-Zehnder干涉仪具有高灵敏度的传感特性。并希望能够为基于回音壁模式的光学传感技术改善传感特性方面的理论和实验研究及其应用做出一定的贡献。　　首先,在单环谐振结构中分析了三种耦合方式(欠耦合、临界耦合和过耦合)对光谱输出特性和色散特性的影响。在双环谐振结构中,分别在频域上和复平面上分析了光谱输出特性和色散特性。其光谱输出特性主要表现为耦合谐振诱导透明和耦合谐振诱导吸收,分别对应于正常色散响应和反常色散响应。特别对复平面上的透过极值点和色散反转点进行研究。同时研究了当有增益因子作用于环型谐振结构时,会使谐振结构的色散响应发生反转。　　其次,着重研究了双环谐振结构结构参数(衰减系数、透射系数(分束比)和环长度)对光谱输出特性和色散特性的影响。通过理论分析和数值模拟证明了环型谐振结构中两个透射系数(分束比)的不同匹配可以在谐振频率处获得相同的透过率和群延迟,并且群延迟的大小不易受损耗的影响。尤其当两环长度比为2:1时,双环谐振结构在窄带凹陷处会产生强烈的色散响应。因此,为下一步研究双环谐振结构耦合Mach-Zehnder干涉仪高灵敏度的传感特性提供了理论推演和实验验证的依据。并且本论文中所设置的结构参数都可以在实验中实现。　　再次,分别针对单环谐振结构耦合Mach-Zehnder干涉仪和双环谐振结构耦合Mach-Zehnder干涉仪,利用固定波长强度探测感知折射率变化的方式,在理论上分析了两种谐振结构的传感特性。根据环型谐振结构耦合Mach-Zehnder干涉仪参考臂的相位不同,输出光谱会出现对称线型和非对称线型,分别对应于对称型环型谐振结构耦合Mach-Zehnder干涉仪和非对称型环型谐振结构耦合Mach-Zehnder干涉仪。当谐振腔的折射率发生变化时,将对称型谐振结构耦合Mach-Zehnder干涉仪和非对称型谐振结构耦合Mach-Zehnder干涉仪在固定波长上测得的光强变化进行比较,可得到非对称型双环谐振结构耦合Mach-Zehnder干涉仪具有更高的灵敏度。通过对双环谐振结构耦合Mach-Zehnder干涉仪结构参数进行优化,可增强谐振结构对极微小折射率变化的感知能力,因而使得非对称型双环谐振结构耦合Mach-Zehnder干涉仪具有高灵敏度的传感特性。　　最后,在实验上分别对单环谐振结构耦合Mach-Zehnder干涉仪和双环谐振结构耦合Mach-Zehnder干涉仪的传感特性进行研究。理论上考虑光纤耦合器的插入损耗和两环长度的比值,对理论模型进行修正,使得实验结果与修正后的理论结果能够很好的符合。与传统Mach-Zehnder干涉仪相比,双环谐振结构耦合Mach-Zehnder干涉仪的灵敏度有显着的提高。通过改变参考臂的相位,可以得到光谱谱线的迅速响应,以及谱线的明显变化,从而体现出双环谐振结构耦合Mach-Zehnder干涉仪高灵敏度的传感特性。