随着信息科学的飞速发展,光子器件因其传输信号快、易集成已成为信息传输、传感检测的良好平台。表面等离激元（Surface Plasmons,SPs）作为一种特殊的电磁响应能够突破传统光学器件的衍射极限,在亚波长尺度上形成局域电场增强。基于其独特的色散特性和结构敏感性能设计出不同的传感器件,但仍需解决灵敏度低、不易集成、光子耦合效率低等关键问题。本文提出将表面等离激元耦合效应引入到金属-介质-金属（MDM）结构,通过理论研究掌握MDM阵列/波导结构的光学特性,进而指导高性能传感器件的设计与制备。本论文主要的研究工作及创新点如下:（1）通过在开槽的MDM阵列结构的中间介质层填镀甲烷气敏薄膜,设计了一种基于局域表面等离子体共振（LSPR）与Fano共振的高灵敏甲烷传感器,具有响应速度快,强耦合的优点。通过分析主要结构参数对反射谱、灵敏度的影响,实现了传感器结构的优化。对顶层金属采取依次开环、小孔的方式来增大场强,引入Fano共振实现了甲烷的高灵敏度精准测量。所提出传感器结构的甲烷灵敏度可达8.421 nm/%,比初始值增加了56.8%,这种传感方法实现为高灵敏气体检测提供了一个新的有效途径。（2）从理论和数值上研究了单边及双边对称环形腔-等离激元MDM波导系统的光学透射响应及场分布。研究发现双边对称环形耦合腔波导系统有更低的透射谷和更快的响应速度。对环形腔分别沿水平方向和纵向延拓,获得了两个互不干扰、可独立调谐的谐振模式;随后分析其场分布特性,发现水平延拓的腔-波导等离激元结构在更易于集成和检测,基于该结构设计了多参量传感器,折射率灵敏度达2427 nm/RIU,2431.9 nm/RIU;填镀上甲烷和氢气气敏薄膜后,相应的气体灵敏度可达-9.213 nm/%,-1.65 nm/%。该研究为设计多参量、高灵敏、独立可调谐的传感器提供了一个新颖的方法。（3）深入研究了由竖立矩形腔和直波导构成的非对称MDM波导中的Fano共振,并提出了一个窄谱增强抗干扰传感器。相较于侧面耦合,贯通耦合系统有着超低的透射极小值、较宽的谱和较高的灵敏度,并系统全面地分析其物理机理。通过构建一个环形腔产生一个窄的离散态与可看做连续态的原宽谱相互干涉,激发了更强烈的Fano共振,有效地将FWHM从496 nm减小至11.56 nm。研究发现y-不对称波导比双向不对称波导传感性能更出色,所提出的方法为设计窄谱增强型、多通道片上纳米光子器件提供了一种新的思路。