在最近的几年,随着纳米科技的进步和集成光子学的发展,表面等离激子体激元（Surface plasmon polaritons,SPPs）引起了极大的关注,其中重要的应用之一是表面等离子体共振（Surface plasmon resonance,SPR）传感器。由于其突出的优越性（实时分析,高灵敏度,高稳定性等等）使其在各行各业得到了广泛的应用,如化学、环境监测、食品安全生物分析等等领域。而传统的基于贵金属的SPR传感器由于检测灵敏度受限,而且在太赫兹和中红外波段不能有效激发,因此寻求可以增强SPR传感器灵敏度以及可在长波长有效激发SPPs的材料一直是研究人员所研究的热点。而常用的增加灵敏度的方法有结构设计和材料设计,结构设计主要有不同模式之间的耦合等方法,而增加新的材料来增强SPR灵敏度更是得到了较大的发展,因为随着二维材料如石墨烯（Graphene）、黑磷（Black phosphorus）,过渡金属硫化物（Transition metal dichalcogenides,TMDCs）等的发现及研究,使得SPR传感的发展充满了前景。本论文基于二维材料增强灵敏度的作用,从设计不同结构和引入新的二维材料方面设计了三种SPR传感器芯片,所设计结果如下:（1）设计了一种在太赫兹波段基于石墨烯的Otto结构气体传感器,通过优化结构参数可以获得最高灵敏度147o/RIU的角度灵敏度,是相关基于石墨烯的太赫兹气体传感器的灵敏度的3-4倍。相关研究论文发表在IEEE Photonics Journal上。（2）设计了一种基于强耦合原理的太赫兹气体传感器,由表面声子激化（Surface phonon polaritons,SPhPs）和表面等离激元模式组成。单独的基于碘化铯（Cesium iodide,CsI）的SPhPs模式和基于石墨烯的SPPs模式在THz波段均可以激发共振,但是两种模式单独激发的灵敏度较低,通过强耦合的方法可获得954RIU¹的高灵敏度,是单独模式激发的灵敏度的几十倍,并且获得了较大的品质因子74740 RIU^-1。相关结果发表在IEEE Photonics Journal上。（3）设计了一种基于二维拓扑绝缘体硒化铋（Bismuth selenide,Bi₂Se₃）增强SPR表面灵敏度的传感器。Bi₂Se₃的形貌和尺寸可以通过不同的反应条件来调节,因此在热电和电子能带结构方面具有优良的性质,相比于石墨烯和黑磷等二维材料等较小的垂直厚度具有一定的优势。本设计通过水热法制备了高质量的Bi₂Se₃纳米片,通过旋涂的方法制备了不同厚度的Bi₂Se₃薄层。通过实验测得加入Bi₂Se₃薄层（旋涂三次）的SPR传感器的灵敏度为（2929.1nm/RIU）和品质因子(33.45 RIU^-1),相对于没有Bi₂Se₃薄层的基于金的传感器,灵敏度增强了51.97%。相关结果已投稿ACS omega上。