近年来,光学传感器已被广泛报道用于气体监测、化学分析、生物传感等领域。拥有高芯包层折射率差的绝缘体上硅（Silicon on Insulator,SOI）波导,与互补金属氧化物半导体技术（Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS）兼容,因此可以实现大规模光子集成。目前已经报道了多种硅基集成光学传感器结构,其中微环谐振腔由于光信号可以在腔体中不断循环,相当于增加了传感臂的长度,因此该结构可以通过较小的器件尺寸获得更高的传感性能,且结构简单。但目前较多的研究都侧重于提高传感灵敏度或传感范围。本文的目的是在级联微环谐振腔结构的基础上进行优化设计,以同时实现传感灵敏度与传感范围的提升。本文首先阐述了波导耦合模理论以及微环谐振腔传感理论,然后结合游标效应提出并设计了一种基于级联U形波导嵌套微环的传感器结构。该结构由Add-Drop型微环谐振器和U形波导构成,通过传输矩阵法对微环半径、耦合间距、U型波导长度等参数进行优化设计,提高了传感器的传感范围与传感灵敏度。FDTD仿真结果表明,该传感器的传感灵敏度和折射率传感范围分别达到3794.025 nm/RIU和0.0256 RIU,在0.01 nm的光谱分辨率下拥有2.636×10-6RIU的检测极限。与基于单微环的传感器相比,其实现了传感灵敏度和折射率传感范围的同时提升。此外,在一种串联耦合微环结构的基础上,通过引入slot波导,设计了一种基于slot波导的串联耦合微环传感器结构。并对slot波导缝隙宽度、耦合间距、微环内外波导半径等参数进行了优化设计,仿真结果显示该传感结构的传感灵敏度达到了438.417nm/RIU,在0.01 nm的光谱分辨率下拥有2.281×10-5RIU的检测极限,相较于传统的基于矩形波导的微环结构,灵敏度提高了近6倍,同时其还具有0.108 RIU的大折射率传感范围。