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自从金属薄膜的表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）技术被开发以来,它就以实时监测、无检测样品损伤和灵敏而著称,成为了一种用于监控和标记生化分子含量水平的简单、直接的传感检测手段。基于棱镜-贵金属薄膜组成的Kretschmann结构激发的表面等离子体波对贵金属界面的折射率变化异常敏感。当表面等离子体波与传感界面微小折射率变化发生相互作用影响时,Kretschmann结构的反射曲线特征也会随之发生变化。然而,随着检测领域向超低浓度(<1×10-12 M)和小分子量生物分析物（DNA碱基、细胞因子等）方向发展,传统的SPR传感器已无法做到稳定检测。这是由于基于棱镜-贵金属薄膜结构的传感器只具备较低的检测灵敏度,并且生物相容性极差的贵金属传感界面无法吸附足够比例的小分子量生物分析物用于检测。因此,本文以提高传统SPR生物传感器的检测性能（灵敏度、检测精度等）为重点进行理论研究。近年来,具有优越电子、光学特性的新型二维材料在光电器件、能源储备等方面大放异彩,尤其是在SPR生物传感器研究方向上发展迅速。基于石墨烯、TMDCs、MXnens、黑鳞、六方氮化硼等二维材料修饰的SPR生物传感结构引起了众多科研人员的极大兴趣。因此,本文以二维材料增强等离子体共振为研究背景,通过相位调制方式提高传统SPR生物传感器的检测性能。并利用等离子体共振理论、法诺共振原理和薄膜光学传输矩阵原理等方法对SPR传感器的共振原理和特性进行了研究。同时,本文提出了能够检测超低浓度的SPR传感结构,通过理论计算和建模仿真分析所构等离子体传感模型的检测性能。在本论文中,设计了两种基于二维材料增敏的SPR生物传感结构用于超低浓度生物分析物检测,并获得以下成果:（1）设计了一种基于铝-石墨烯纳米薄层复合结构修饰的深紫外SPR生物传感器。介绍了石墨烯纳米薄层的光电性能,阐述了石墨烯增强SPR共振机理。研究结果表明,所设计的深紫外SPR生物传感器的相位灵敏度是未添加石墨烯时的5.44倍,比角度探测灵敏度高5个数量级。其中,通过改变铝金属和石墨烯的厚度可以使所设计的深紫外SPR生物传感器检测有机溶液（1,1,1,3,3-hexafluoro-2-propanol solution,HFIP）和气体分子（NH3、NO2）。所设计的深紫外SPR生物传感器为开发新型气、生化综合一体探测的SPR生物传感器提供了重要的借鉴意义。（2）设计了一种基于法诺共振增强型的高灵敏度2D-SPR生化传感器。介绍了法诺共振机理,阐述基于法诺共振增强的SPR生物传感器与基于表面等离子体共振增强的生物传感器相比的优势。基于法诺共振增强的高灵敏度2D-SPR生物传感器的模型结构设计为银-二氧化硅-六方氮化硼（Hexagonal boron nitride,h-BN）杂化异质结构。并详细阐述了h-BN纳米片在模型中的作用,通过观察2D-SPR生物传感器的电场分布进而分析其耦合机理。研究结果发现,所设计的传感模型相位灵敏度比基于表面等离子体共振增强的生物传感器高100倍,且克服了传统SPR生物传感器探测光强度弱的局限性。特别地,我们设计的这种生物传感器可以通过改变h-BN纳米片的厚度来控制耦合的程度。本文的创新之处:（1）提出一种深紫外区域多功能、超高灵敏度的SPR生物传感器,为深紫外区域传感器的研究提供了重要的借鉴价值。（2）提出了一种法诺共振增强的高灵敏度2D-SPR生化传感器,为开发具有超高灵敏度和检测精度共存的SPR生化传感器提供重要的借鉴意义。