亚波长介质光栅因其独特的光学特性,可将介质薄膜光学、波导光学和衍射光学结合设计新颖的亚波长光学元器件,具有高品质因数（Figure of merit,FOM）和结构多样性等优点,在光学传感设计领域有广阔的应用前景。基于对亚波长介质光栅的结构特性和Fano共振形成机制的研究,将其与多层介质薄膜结合,设计基于Fano共振的亚波长介质光栅传感结构,利用有限元法（Finite element method,FEM）对其共振模式和传感特性进行探讨,实现基于亚波长介质光栅的多层薄膜传感结构的逐步优化和改进,论文的主要研究内容包括:首先,基于亚波长介质光栅的衍射特性和表面等离极化激元（Surface plasmon polaritons,SPPs）的光学传输特性,设计了一种亚波长介质光栅/金属Ag薄膜/周期性光子晶体复合结构,详细阐述了该结构Fano共振的形成机理和传输特性,分析了结构参数与Fano共振光谱曲线之间的关系,优化了传感结构模型,为基于亚波长介质光栅的多层薄膜传感结构的研究提供理论指导。其次,基于亚波长波导光栅的共振特性和周期性光子晶体的光子局域特性,设计了一种基于角度调制的亚波长波导光栅全电介质多层薄膜复合结构,利用全电介质材料的光学特性在角度范围内获得了具有高反射率和高FOM值的Fano共振光谱曲线。接着,通过改变入射方式和结构参量来打破亚波长波导光栅传播约束条件的局限性,设计了一种基于波长调制的亚波长波导光栅全电介质多层薄膜复合结构,进一步在波长范围内实现对待测样本折射率的动态检测,扩充了检测分析方法。最后,设计了一种基于波长调制的变周期亚波长波导光栅全电介质多层薄膜复合结构,利用变周期亚波长波导光栅的结构特性,可在不同波长区间内形成导模共振（Guided mode resonance,GMR）,提供双离散态缺陷峰,进而获得具有高反射率和高FOM值的双重Fano共振光谱曲线。根据亚波长波导光栅的弱调制条件设置双传感检测区域,建立基于双重Fano共振的传感模型,实现对不同待测样本折射率区间的多变量检测和扩宽了传感检测区间。