光子晶体是由介电常数周期性排列的材料构成的一种新型光学材料,具有光子带隙和光子局域特性,拥有超小尺寸和易于集成等特点。光子晶体微腔是在光子晶体中引入点缺陷而形成的结构,具有极小的模式体积和超强的光子局域能力,可用于构造多种光学器件。基于光子晶体的微腔结构设计光子晶体微腔传感器,可以减小传感器的体积,提高传感器的灵敏度和品质因子,还可用于传感器阵列的集成。因此,对于光子晶体微腔的谐振特性优化和传感应用研究十分必要。本论文以满足四氢呋喃气体、磁场强度的传感需求为目标,结合光子晶体微腔谐振特性,分析设计了两种高性能的光子晶体微腔传感器;在此基础上,还对光子晶体微腔的集成技术进行探讨,设计了能够进行双参数测量的串联式微腔传感器结构,为光子晶体微腔传感技术提供了新方案。论文首先提出了一种具有高品质因子、高灵敏度和宽测量范围的光子晶体微腔结构,并在理论上证明了其可用于四氢呋喃气体的浓度检测。利用胆甾型液晶对四氢呋喃气体的敏感响应特性,选择胆甾型液晶作为敏感材料,渗透到光子晶体微腔部分空气孔中,利用时域有限差分法优化光子晶体微腔的谐振特性,优化结果表明光子晶体微腔灵敏度为194 nm/RIU,品质因子高达2×105,检测极限为4×10-5RIU。胆甾型液晶的折射率响应四氢呋喃气体浓度的变化而变化,进而改变了光子晶体微腔的谐振特性,监测谐振特性产生的变化使得所提出的光子晶体微腔结构可用于四氢呋喃气体浓度传感,理论上测得的气体灵敏度和检测极限分别为0.128 nm·L/mmol和0.06 mmol/L。此外,还验证了该结构的光子晶体微腔传感器能够在RI=1.33～1.53的宽折射率范围内保持灵敏度不变,可用于更多参数的测量,进一步扩大其传感应用。其次,结合磁流体与磁场强度之间的关系,将磁流体渗透进光子晶体微腔的缺陷孔中,并设计出一种灵敏度和品质因子更高的二维光子晶体微腔结构,以该结构实现感测外部磁场强度的目的。利用时域有限差分法,通过调整微腔的结构参数以及磁流体渗透缺陷孔的数量,对微腔的谐振特性进行优化,得到了灵敏度为357 nm/RIU和品质因子为1.3×106的传感性能。以磁流体作为感应磁场强度变化的敏感材料,当外部磁场发生变化时,磁流体的折射率改变,导致光子晶体微腔的谐振波长产生偏移,通过观察并计算谐振波长的偏移量,可以得到外部磁场强度的变化量,从而完成对磁场强度的传感过程。仿真结果表明,设计的光子晶体微腔磁场传感器检测极限为0.4 Oe。最后,设计出一种基于光子晶体微腔的串联集成传感器,微腔之间互相独立,互不干扰,实现多参数测量的传感目标。设计了两种不同参数的侧耦合微腔,交错放置在光子晶体波导两侧,以串联的形式集成在同一光子晶体中,构成光子晶体串联微腔集成结构。然后分别对两个微腔的谐振特性进行优化,使两个微腔的谐振谷在合适的波长位置生成,避免微腔之间产生干扰。仿真结果表明,串联集成的光子晶体微腔传感器可形成两个不同谐振频率的谐振谷,灵敏度分别达到148 nm/RIU和154 nm/RIU,且微腔之间具有独立性,能够用于多参数测量,为光子晶体大规模传感集成阵列提供了新方案。