非厄米系统是与外界发生能量交换的开放系统。非厄米系统的参数空间中存在一个特殊点,在这一点处本征值发生重合,且原本保持正交的本征向量也聚合到一起,这个点被称为非厄米系统的奇异点。工作在奇异点（Exceptional Point,EP）附近的系统对扰动产生非线性响应,使基于奇异点的超灵敏传感成为了研究者关注热点。基于共振光隧穿效应的谐振腔具备易于集成和成本低廉的优点,为传感应用的设计提供了新的选择,目前在传感领域研究中表现出巨大的潜能。本文基于共振光隧穿效应（Resonant Optical Tunneling Effect,ROTE）设计了两种七层结构:宇称-时间（Parity-Time,PT）对称系统和双损耗耦合系统,具体剖析了两种系统内光传输的物理机制以及奇异点在参数空间内的简并规律。基于系统在EP点附近对扰动的平方根响应,设计了低浓度分析物检测的生物传感器。本文分别评估了两种传感结构应用于低浓度癌胚抗原检测的可行性,根据仿真结果进一步讨论了PT对称系统和双耦合系统的传感性能。首先,简要概述了基于ROTE的PT对称系统和双损耗耦合系统的七层结构模型。通过耦合模理论对系统的物理机制进行阐述。根据输入输出端的相对关系,推导了系统输出端光场强度的相关表达式。最后借助传输矩阵法,从电磁场边界连续的角度,推导了七层结构输出端光场强度的表达式。其次,分别根据PT对称系统和双损耗系统哈密顿算符求解得到与结构参数相关的本征值表达式。在两种系统参数调控的仿真工作中,研究了耦合强度的转变对系统在EP点附近本征频率以及输出端谱线的影响,剖析了参数空间内奇异点附近的变化规律。最后,基于系统在奇异点附近对扰动的平方根响应,基于PT对称系统和双损耗耦合系统设计了用于低浓度分析物检测的生物传感器,并评估了传感器对于呼出冷凝液当中极低浓度癌胚抗原检测的可行性。仿真结果表明,两种传感结构的最小检测极限值（对应于腔体折射率虚部值）分别为4×10-10 IP、4.2×10-8 IP（Imaginary Part,IP）,相应的灵敏度（传输谱劈裂距离与增益腔的折射率虚部变化值的比值）可达到6×10~5nm/IP、2×10~4 nm/IP。与吸收系数换算得到癌胚抗原的理论检测极限值可达到6 pg、1.78 ng。结果表明两种传感结构均表现出较高的灵敏度和极低的分辨率,及肺癌早期诊断中对低浓度癌胚抗原检测的应用潜能。总的来讲,本文设计的两种传感结构在生物医药检测、饮用水安全和环境保护等领域有重要的潜在应用价值。