表面等离子激元共振(Surface plasmon resonance, SPR)技术具有灵敏度高、样品免标记和无需纯化、重复性高、实时动态监测等优点,被广泛地应用于生化检测和分析、药物筛选、食品安全和环境监测领域。光纤传感器因其具有重量轻、体积小、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、复用性好等特点,可广泛应用于工业、民用、医学、航空航天等诸多领域,成为当前最有发展潜力的传感器技术之一。光纤SPR传感器技术将光纤传感技术与SPR检测机理进行创新融合,可进行高灵敏度、高可靠性的测量,并可实现传感器系统的小型化、低成本和集成化,展示出良好的发展前景和巨大的应用潜力,受到越来越多的关注。本文针对光纤SPR生物传感器及其系统化和小型化进行了理论和实验研究。以表面等离子激元(Surface plasmon polariton, SPP)及其共振理论为基础,通过对棱镜和光纤结构SPR传感模型的理论分析和仿真模拟,设计并制作了光纤及毛细管SPR传感元件;采用通用光电元件研制了小型化SPR传感系统,利用VC++6.0和Labview等软件平台实现了SPR传感信息采集分析,通过生化检测验证了该传感系统的可行性;进一步将两种SPR传感元件与智能手机相结合,利用其光源摄像头等光电子器件,开发了基于Android操作系统的SPR信号测控程序,实现了基于智能手机的微型集成化光纤SPR生物传感系统。论文的主要工作如下：1.基于表面等离子激元的基本理论和SPR的激发原理,研究了光纤SPR的传感机理。叙述了表面等离子激元机理、SPR传感技术的特点及SPR传感技术的研究现状和进展,介绍了不同种类的光纤SPR传感器及其在传感技术中的应用,阐述了SPR传感器的基础理论,构建了光纤SPR传感器的理论模型,并利用该理论模型分析了不同参数对光纤SPR传感器性能的影响。2.针对SPR检测系统小型化的发展需求,设计和研制了光纤SPR传感器和毛细管SPR传感器。基于SPR基本性质和表面等离子激元波激发原理,设计了光纤和毛细管SPR传感器,分析和比较了两者的吸收光谱特性,检测了两种传感器的温度和折射率响应,并通过对传感器金膜表面进行刀豆球蛋白A抗体的修饰,实现了对蛋白质特异性结合的探测。3.将光纤和毛细管SPR传感器与通用光电子元件相结合,设计和实现了小型化光纤SPR传感系统。利用光纤和毛细管SPR传感元件,采用通用发光二极管作为光源,互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器作为探测器,实现了小型化的SPR传感系统;利用参考通道对光源不稳定造成的光强波动进行有效补偿,该传感系统的折射率灵敏度和分辨率分别为400%/RIU(Refractive index unit)和7.5×10-4RIU,结合表面化学修饰技术实现了对生物蛋白质的探测；将单个光纤SPR传感元件扩展为9通道的光纤传感阵列,实现了包含参考通道,控制通道和多个测试通道的集成化SPR传感系统,并对刀豆球蛋白A和免疫球蛋白混合样品进行了探测；进一步实现了自补偿毛细管SPR图像生物传感系统,利用毛细管SPR传感器的区域光强实现了对生物传感中外界波动因素的补偿。4.根据即时检测生物分析传感器应用于家庭和个人的普及性需求,研制了智能手机SPR生物传感系统。利用手机的自带光源及探测器,开发了基于Android操作系统的检测平台,采用光纤及毛细管SPR传感器作为传感元件,利用专用封装将传感模块与智能手机进行组合,灵敏度和分辨率分别为1136%/RIU和7.04×10-5RIU对免疫球蛋白样品的检测表明其检测极限达到47.4nM。与商业化小型化SPR仪器相比,该智能手机SPR生物传感系统具有便携式,低成本和集成化等优势。最后,总结了全文工作,并对未来研究方向进行了分析和展望。结合相位解调、纳米材料或纳米周期新结构,进一步提高SPR生化传感系统的灵敏度和分辨率,实现更低浓度、更小生物分子的生化反应过程检测和监测。