荧光传感技术已经应用在生命科学、能源、食品安全等众多领域。随着社会信息化、智能化的发展,人们对荧光传感的灵敏度要求越来越高。但是,受限于已有的理论知识以及实验制备条件等因素,荧光物质的量子效率、发光强度仍然很低,难以满足人们对荧光传感的快速发展需求。近几十年,随着微纳光电子技术的发展,越来越多的科研工作者利用微纳光学结构去调控荧光物质的发光特性,而且取得了一定的成果。但是,现在所提出的微纳光学结构只能提高单波长或者同时提高多波段的荧光发射特性,不能同时实现某些波长发射增强、某些波长发射抑制效果,进而去提高比率荧光传感的灵敏度。荧光的很多光学特性都可以用作荧光传感,比如偏振特性可以用于和偏振有关的荧光传感与成像领域,在这些领域,增强偏振荧光的激发和远场定向发射可以提高荧光传感的灵敏度。基于以上,本文研究了两种可以提高荧光特定的光学结构。首先,我们提出一种V型复合天线结构,由于V型金属槽与透镜形成光学腔,使荧光发射产生散射和干涉,形成特定的光耦合模式,实现对近红外二区双波长荧光发射分别增强和抑制,平均荧光比率值提高了42.8倍;同时可以汇聚发射光,提高荧光信号的收集效率,从而提高近红外二区比率荧光传感的灵敏度,有利于超低浓度待测物或单分子检测。接着,我们提出三角形二聚体纳米天线结构,可以从激发和发射两个过程同时增强荧光发光特性。通过对二聚体材料的研究,我们发现硅二聚体对z偏振下点光源的荧光发射增强效果明显,并且实现远场定向发射,而银二聚体对x偏振下的荧光增强效果好。然后,我们分析了不同组合方式的三角形二聚体、不同的三角形直角边长以及不同的二聚体底角的间距对荧光发射增强效果的影响,最后确定结构的最优参数。相对于裸光源,硅二聚体荧光发射增强了7倍,银二聚体荧光发射增强了10倍。最后,我们研究了二聚体纳米天线对荧光激发过程的影响。选用405nm的平面波激发,发现硅和银二聚体均可以实现荧光激发增强。