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当前基于多层膜和等离子激元的传感器在实际应用中越来越广泛，然而大部分传感器结构设计复杂，而且必须利用棱镜耦合、楔形耦合和光纤耦合等耦合器使光和传感器相互作用才能正常工作。这些传统的耦合方法增加了器件的尺寸和制备难度，也使得检测过程变的十分复杂，给实际应用带来很多不方便。本文为解决这些问题，设计了基于多层膜的金光栅结构与基于PMMA的银光栅结构，系统全面的开展了关于光栅结构对外部环境敏感度的理论模拟与实验验证工作。 针对传统耦合器增大器件尺寸和传感器不稳定的问题，设计了对外部环境不敏感，基于TiO2/SiO2多层膜的金光栅传感器。利用COMSOL软件进行设计模拟，在TE和TM模式下分别实现了不同阶数的波导模式，实验结果和模拟结果非常吻合，和其他共振相比，这种耦合方式很容易实现，不会受到外部环境的影响。不仅达到了缩小器件尺寸的目的，而且增加了结构对外部环境的抗干扰能力。设计出对外部环境不敏感的结构后，针对生物传感器结构设计复杂和局域表面等离子激元暗模式难以被激发的问题，设计了基于PMMA光栅对外部环境敏感的两种结构，一种是被连续银膜包覆带银侧壁的PMMA光栅，另一种是被银膜覆盖不带银侧壁的PMMA光栅。证明了被银膜包覆的光栅侧壁中存在局域表面等离子激元的四极子暗模式，利用改进的镀膜工艺实现了光栅侧壁的制备，实验中的敏感度达到了458 nm/RIU，并且暗模式对外界环境的敏感度是明模式的1.5倍，和模拟结果十分吻合。开发了微流通道与样品封合的工艺，实现了对牛血清蛋白生物分子的探测，其中带侧壁的PMMA光栅对生物分子探测敏感度是不带侧壁的6倍左右。 所设计的结构实现了缩小器件尺寸和在传感器中应用的目的，其中基于多层膜的金光栅结构成功实现了对光的耦合，对环境变化十分不敏感，未来有提高光电探测器传感性能的应用价值。同时所设计基于PMMA的银光栅结构成功实现了暗模式的激发，并且对外部环境变化具有高的敏感度，实现了在生物分子探测中的应用。