光子晶体具有光子带隙及光子局域的特点,可控制与操纵光子的传输。二维光子晶体波导与微腔结构,为实现高性能、微型化与集成化的传感应用提供了有效的解决方案。光子晶体传感器具有抗电磁干扰,高灵敏度,高稳定性,尺寸小,易集成等优点。目前基于二维光子晶体波导与微腔耦合的折射率和温度传感在灵敏度和多传感阵列集成等方面仍有很多亟需解决的问题。为了实现高灵敏度的二维光子晶体折射率和温度传感,本文对波导与微腔耦合的传感器进行了结构设计与性能优化,主要研究工作和成果如下:1)运用平面波展开法(PWE)分析光子晶体带隙的影响因素,研究光子晶体波导与微腔的耦合形式。2)基于本文所优化设计的Y型光子晶体波导,分别在其输入波导和输出波导处侧边耦合光子晶体微腔。通过微腔之间的串并联,构成光子晶体折射率传感阵列。在提高光子晶体传感器空间利用率的同时,可以实现多种不同检测物的实时独立检测,并且降低微腔之间的串扰。3)采用时域有限差分法(FDTD),设计优化两种结构的光子晶体温度传感器,可应用于片上实验室和片上系统中不同微小区域的温度实时测量。一种结构是光子晶体的T型波导与四个不同的L3型微腔耦合,实现温度传感阵列,灵敏度最高为45.84pm/℃。当只改变某个温度感知区域内的温度时,该区域内微腔的谐振波长随之改变,而其它L3型微腔的谐振波长基本保持不变,从而实现了微小区域内不同温度的实时监测;另一种结构是通过引入SU-8负性光刻胶微腔,在波导两侧形成双谐振微腔结构,传感器灵敏度为124.8pm/C,温度测量范围为0～150℃,同时降低对温度感知区域的限制要求。