表面等离激元共振（Surface Plasmon Resonance,SPR）传感器是一种有效检测金属芯片表面微小环境折射率变化的技术,广泛应用于生物医学、健康监测、环境检测等领域。近年来,基于超构材料的磁表面等离激元（Magnetic Surface Plasmons,MSPs）生物传感器的研究逐渐引起了人们的高度关注,但相关的研究报道却比较少,这是因为光的磁场分量对于光与物质之间相互作用的贡献几乎可以忽略不计,而在纳米光子学中,获得巨大的磁场增强在许多领域有着重要的应用价值。本论文在超构材料中引入表面等离极化激元（Surface Plasmon Polaritons,SPPs）,通过调控超构材料中金属纳米阵列的周期,使得SPPs与MSPs发生强耦合从而获得巨大的电磁场,并将这种电磁场增强效应应用到生物传感器的设计中。本论文首先对表面等离激元的基础概念、原理、特性以及应用等方面进行了详细的介绍。接着介绍了超构材料、负折射率材料、MSPs的基本概念以及基于超构材料的MSPs折射率生物传感器的原理和应用。最后,本论文创新性地设计出两种基于超构材料的高性能折射率生物传感器。论文的内容包括以下两个方面:1、提出了一种由在银衬底表面打十字形交叉孔周期阵列组成的超构材料。通过调节十字形交叉孔的周期,可以有效调节SPPs的位置,当其与十字形交叉孔内MSPs共振位置接近时,这两种模式将发生强耦合,从而在吸收光谱上呈现出超窄带的杂化模式,并在银衬底表面产生巨大的电磁场增强。此外,我们研究还发现,这种超构材料在近红外区域可以实现超窄带的完美吸收且其吸收峰的半高宽仅为1.74 nm。因此,基于该超构材料所设计的折射率生物传感器具有非常高的传感性能,其传感灵敏度S高达1317 nm/RIU,品质因子FOM为756。这种超构材料在生物医学传感领域具有重要的应用价值。2、设计出了一种基于超构材料的磁光折射率传感器,该磁光折射率传感器是由金纳米线阵列/超薄磁性介质薄膜/金衬底（MIM）“三明治”结构组成。我们研究发现,当入射偏振光以一定角度入射时,调节金纳米线阵列的周期可以使沿金衬底表面传播的SPPs与金纳米线阵列/金衬底中激发的MSPs发生强耦合,反射光谱中将出现两种具有超窄带宽的杂化模式。由于杂化模式所产生巨大的磁场增强,在厚度仅为30 nm的超薄磁性介质薄膜中可以获得高达26%的横向磁光克尔效应（Transversal Magneto-Optical Kerr Effect,TMOKE）。此外,这种超构材料的TMOKE谱呈现出明显的Fano线型,由此而设计的磁光折射率传感器具有非常高的传感性能,其传感灵敏度S高达896 nm/RIU和650 nm/RIU,而品质因子可达11576和33。这种超构材料在生物医学传感领域具有潜在的应用价值。