表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)就是局域在金属表面的自由电子在光波照射下发生集体振荡的特殊物理现象,可以产生很强的局域电场,由此产生的表面等离子体共振技术已经在高灵敏生物化学传感器领域得到广泛应用。但是目前国内外大部分SPR仪器都存在结构复杂、体积庞大、成本高等缺点,为了克服以上缺点,可以采用光栅激发方式设计和开发高敏感、可集成和高通量检测装置,这对实现多通道、小型芯片检测具有重大意义,同时也是一项十分必要的研究课题。本文采用亚波长光栅设计传感器结构,主要从理论上探索其结构参数的优化设计,从而实现高灵敏度和高检测精度的传感性能。本文共分为四章。第一章研究了表面等离子体共振传感器研究背景、意义以及发展状况,并且详细地介绍了本论文的主要研究内容。第二章介绍表面等离子体共振的电磁场理论,并对支持表面等离子体波的两种结构特性进行分析,研究了表面等离子体色散关系和表面等离子体共振激发方式。第三章介绍了表面等离子体共振传感器原理、严格耦合波分析方法(RCWA)和精确描述金属介电常数的Lorentz-Drude模型。提出亚波长金属光栅结构Ⅰ和亚波长介质光栅传感结构Ⅱ,并对传感结构的灵敏度和共振峰特性进行分析。通过结构参数优化,金属光栅结构Ⅰ中Cytop缓冲层的最佳厚度为500nm,共振峰半高宽为5nm,波长灵敏度为535nm/RIU;对光栅传感结构Ⅱ,角度检测时灵敏度为127.870/RIU,波长检测时灵敏度为409.35nm/RIU,并且在很大折射率范围内线性度良好。第四章对本论文所做工作进行总结和展望。总之,本论文提出的光栅传感结构以及对其的理论分析为光栅型传感器的设计和制作提供了理论依据。