表面等离极化激元(surface plasmon polaritons,SPPs)是入射光与金属表面的自由电子相互作用而产生的一种集体震荡形式。当入射光与金属表面的自由电子两者频率一致时,电磁场能量能被很好地局域在金属表面,使得入射光与物质之间的相互作用增强。因此,利用这种特殊的光学性质,可为新型光学传感器的设计开辟一条新的道路。金属-介质-金属(Metal-Insulator-Metal,MIM)波导是一种典型的表面等离子体波导,结合SPPs的特性可以实现光子在亚波长尺寸的操控。本文以表面等离子体MIM波导为传感结构,以Fano共振效应为传感基础,探究了从单边耦合谐振腔波导结构到双边耦合谐振腔波导结构,从单Fano共振效应到多重独立可调谐Fano共振效应。本文的主要内容包括以下几个方面:首先,从表面等离子体的基础理论入手,学习了其基本性质和理论研究方法。在此基础上,阐述了表面等离子体MIM波导耦合谐振腔机制和Fano共振原理,构建出含金属挡板的MIM波导耦合矩形谐振腔Fano共振传感结构。采用耦合模理论分析其结构的Fano共振形成过程,运用基于有限元法的COMSOL软件进行数值模拟仿真,并分析其结构参数对其传感特性的影响。该结构的设计为多重独立可调谐Fano共振结构的设计提供了理论基础。其次,提出了一种单挡板MIM波导耦合T型腔的光学微纳结构,该结构既可以实现双重Fano共振,又可实现Fano共振峰独立可调谐。在近场耦合作用下,单挡板形成较宽的连续态与T型腔形成较窄的离散态,经过复杂的干涉相消形成非对称的双重Fano共振峰。基于耦合模理论,研究单挡单挡板MIM波导耦合T型腔Fano共振的产生机理,并对其结构参数进行优化,在保证优质因子一定的情况下,传感性能得到了极大的提高。该波导结构可以实现在不同波段对光子的同时调制,同时为研究MIM波导耦合上下T型腔双边耦合波导结构提供一定的理论依据。最后,为了进一步提高传感性能,增加周围环境与MIM波导结构的接触面积,在单挡板MIM波导耦合单个T型腔的结构基础上,提出了双边耦合谐振腔MIM波导结构。由于双边耦合谐振腔结构的引入,使得原来的共振模式分裂。该双边耦合结构通过增减谐振腔的个数,可以实现三重或者四重Fano共振效应。通过分析双边耦合结构中上下T型腔结构参数对Fano共振峰的影响,结果发现上下T型腔产生的Fano共振峰互不影响,且由单个T型腔可以实现两个Fano共振峰独立可调谐。利用这一特性,引用差动传感的方法对多Fano共振进行了折射率功能扩展。结果表明,利用差动传感的思想可以有效地消除检测过程中环境温度及湿度带来的误差影响,显示了多Fano共振在差动传感方面的巨大应用潜力。