近年来，丰富的物质生活面临越来越多的环境和疾病等方面的健康威胁，2003年的SARS病毒打破了表面的平静，2008年三聚氰胺奶粉让正在咿呀学语的婴儿就身处险境，2011年的核辐射对食品的污染让人们谈碘色变，这些例子都时刻提醒着我们身边存在着各种健康威胁。因此，对影响健康的环境因素和疾病分子的微量检测与监控，成为迫切需要解决的社会问题。本论文选择硅基微纳环形谐振腔为研究对象，开展其在光学传感方面的深入研究，为实现微量检测与监控提供科学的解决方案。　　 硅基微纳环形谐振腔具有体积小、谐振品质因数高、可集成等特点，在通信、测量和传感等领域有广泛的研究和巨大的应用前景。在传感应用中，微纳环形谐振腔特有的谐振特性能够在环形波导内形成增强的光场，使其能够与被测物发生更强的相互作用，具有高灵敏传感的潜力。本论文围绕硅基微纳环形谐振腔的传感问题，进行了一系列的理论和实验研究，取得的主要创新成果如下：　　 1、首次提出多谐振峰漂移传感理论，将传统单谐振峰漂移理论的传感灵敏度提高了100倍。通过在光学传感中应用游标原理，将单一谐振峰的漂移变化，转变为谐振谱线对称中心的变化，“放大”了谐振峰漂移量，增强了传感灵敏度，且极大的拓展了传感器的动态测试范围。　　 2、创新性的通过单一的SOI环形谐振腔得到了Fano谐振谱线，提高了强度传感灵敏度。在不改变谐振腔结构设计和制作工艺的基础上，利用硅波导两端折射率差形成的反射，构成FP谐振。通过环形谐振和FP谐振的耦合实现了理想的Fano谐振，其具有非对称的谐振谱线，比常规环形腔谐振具有更高的斜率，有效提高了器件的传感灵敏度。　　 3、开创性提出了耦合敏感型传感理论，降低了传感系统对光源窄线宽的要求，实现了低成本系统。基于耦合系数影响谐振输出强度的特性，设计了敏感型耦合结构。在被测物改变的情况下，耦合系数剧烈变化，从而导致输出光强的剧烈变化，能够实现10-8RIU的传感灵敏度。　　 4、针对微纳环形谐振腔在温度变化的情况下无法正常传感的问题，研究了微纳环形谐振腔传感的热稳定工作原理。开创性的提出了一种简单的热稳定环形谐振腔传感方案，实现在±5℃温度范围内正常工作，且保证了10-7RIU的高灵敏传感性能。双环耦合产生的顶部平坦谐振谱线在温度升高时发生漂移，但漂移前后的重叠区域的强度不发生变化，但是在传感过程中，这个重叠区域强度会明显改变。利用这一重叠区域的变化特性成功克服了温度对传感器强度输出的影响。　　 5、提出了热补偿传感原理，在较大的温度变化情况下实现“蓝移”补偿，保持传输谱的热稳定，且在传感时谱线能发生明显漂移。利用了双环耦合的谐振峰分裂特性，设计耦合系数随温度的改变，使得分裂谐振峰的局部发生蓝移，从而补偿温度升高引起的谱线红移，实现热稳定。　　 6、针对微纳环形谐振腔在加工制作过程中，由于工艺误差改变耦合间隔，影响器件谐振性能的不稳定因素，设计了小尺寸的无间隔耦合结构，增强器件加工的稳定性。采用交叉波导的耦合方式，实现了无间隔的弱耦合，工艺容差大，并制作了交叉耦合环形谐振腔器件，从理论和实验中均得到了理想的谐振结果。　　 总之，通过本论文的研究工作，解决了微纳环形谐振腔传感的高灵敏度理论问题，并研究了高灵敏微环谐振腔传感器在环境温度和工艺误差影响下的稳定性问题。为下一步的实用型传感器提供了坚实的研究基础，为实现社会需求的微量检测与监控技术提供了科学的实现方案。