高灵敏的光学折射率传感器由于具有抗电磁干扰、非接触、非破坏以及能够实时监测和多路复用等特点,在低分子量检测如葡萄糖和生物素的抗体-抗原相互作用,腺嘌呤、胸腺嘧啶以及互补DNA链之间的结合反应等生物化学领域具有极大的应用前景,是近年来研究的热点问题之一。光生物导模共振传感器通过测量共振波长、角度、光强度和干涉相位来实现对被测样品的解析。由于导模共振耦合产生的入射波传输损失较小,借此可以实现谐振角或波长的超窄半高宽调制,从而实现高分辨的光学传感。本文通过运用等效介质理论、严格耦合波法以及时域有限差分法对导模共振的特性进行了研究,在此基础上,对不同种结构的亚波长光栅传感器的灵敏度和分辨率进行了对比分析,主要包括:研究了一种用于高灵敏角度/折射率传感的亚波长光栅。研究了光栅周期、厚度对导模共振耦合的影响。发现增大共振入射角,该传感器的灵敏度显著提高且同时该光栅的有效折射率亦随入射角的变化而变化。在固定入射波长扫描共振入射角的情形下,计算结果表明,传感器的灵敏度主要取决于光栅周期,而分辨率则由改变光栅膜厚度来控制。在周期和厚度依次得到优化后,获得的平均灵敏度为249.7°/RIU,分辨率～0.1°-0.3°;该光栅传感器的性能优于表面等离子体共振传感器。提出了一种三明治结构的复合亚波长光栅折射率传感器,并对其在灵敏度、分辨率和信噪比等方面进行了优化。中间夹层为低折射率光栅层,两侧设置高折射率光栅层。计算结果表明,该三明治的光栅传感器其灵敏度主要与光栅周期有关,调节低折射率光栅层的厚度和位置可以提高分辨率和信噪比。在优化了光栅周期、厚度和位置后,给出的平均传感灵敏度约为274°/RIU,分辨率～0.1°-0.15°,旁带反射率～1%,具有较高的信噪比。设计了一种由金属基底上的介电薄膜来支撑的表面浮雕光栅结构,证明了该结构可用于高品质因子光学折射率传感。研究了光栅周期、厚度、基底厚度和介电膜厚度对传感器共振耦合的影响。计算结果表明,该结构的传感器灵敏度主要由周期决定,而分辨率则由光栅基底的厚度控制,并且可通过调节介电膜的厚度来进一步提高分辨率。在优化了周期和厚度后,灵敏度约为110°/RIU,而分辨率可达到0.00003°。