表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)是一种高灵敏且无需标记分析物的光学传感技术,具有对配体-分析物的结合解离过程进行全程实时监测的独特能力,在科学研究和生产生活中均有着广泛应用。折射率分辨率是SPR传感器的核心指标,在本论文中我们提出了利用复合膜结构调制SPR共振曲线特征以获得高分辨率传感芯片的方法,并提出了性能评价函数对共振曲线特征的调制效果进行了量化评价。我们以复合膜设计方法为指导分别设计了基于波矢调制结构和复合波导电介质膜结构的两型复合膜SPR传感芯片,实验结果表明复合膜SPR传感芯片相比于单层金膜SPR传感芯片具有更高的折射率分辨率,而且兼容常用的SPR传感系统,具有良好的实用化前景。SPR传感器属于精密测量设备,在使用中通常需要降低环境变化对传感器信号输出的影响以提高检测可靠性。温度是对SPR传感器的检测特性影响较大的环境变量。在本论文中我们提出了基于热循环的温控方法,并利用阶梯测温实验和自然冷却过程的实时监测实验验证了热循环温控方法的可行性。实验表明热循环温控方法可以有效地调控样品温度以保证SPR传感器的检测可靠性。生物检测是SPR传感器的重要应用领域。SPR传感器在应用于生物检测时通常需要对传感芯片进行表面修饰以链接作为配体的探针分子。在本论文中,我们提出了溶液循环表面修饰方法,并利用人免疫球蛋白与金黄色葡萄球菌细胞壁蛋白A之间的特异性吸附过程监测实验验证了该方法应用于生物检测的可行性。我们利用该方法对比研究了复合膜SPR传感器与常用单层金膜SPR传感器的生物分子检测性能,发现在检测低浓度样品时复合膜SPR传感器可以获得具有更高信噪比的分子结合动力学曲线。