近年来，对基于光子晶体的光学器件的理论研究、结构设计和应用已成为光电子领域的研究热点。特别是随着纳米技术和光电转换器件的发展与进步，光子晶体在生物传感领域得到了许多应用的机会，因此，系统分析光子晶体的理论研究方法及其光学特性对光子晶体生物传感器的应用极其重要。本文主要对基于氟化镁二维光子晶体的生物传感器的光谱特性进行研究。首先，以麦克斯韦方程为基础，理论分析了光子晶体各项基本特性的物理机理，介绍了光子晶体的理论分析方法，对时域有限差分法和平面波展开法做了详细的分析，并概括了两种方法的优缺点。其次，采用严格耦合波法为分析手段，得出了二维光子晶体的反射效率及透射效率的表达式，建立了二维光子晶体结构模型，在此基础上，分别就组成光子晶体的波导层的厚度、折射率以及晶格周期对二维光子晶体的能带特性的影响进行了深入研究。最后，提出了基于光谱成像技术的氟化镁光子晶体生物传感器，并确定了二维光子晶体生物传感器的结构参数，同时理论分析了光子晶体生物传感器表面吸附均匀介质和非均为介质时的反射光谱特性。分析结果表明，根据光子晶体的底面光谱成像特性，可以获得光子晶体表面吸附介质的分布特性，同时为制作光子晶体生物传感器奠定理论依据。