表面等离激元是存在于导体与电介质界面的集体电荷振荡,它被限制为沿金属-电介质界面传播,并沿垂直于界面的方向呈指数衰减。由于表面等离激元能够克服传统光学的衍射极限,使得科研人员在纳米尺度上操控光学成为可能,从而在光学器件的研究中得到了广泛的关注。而作为表面等离激元的载体,MIM波导因具有局域场增强特性和易于制作的特点,被认为是开发高集成度光学器件的最有前途的候选者。人们以MIM波导为基础,开发和设计了大量的亚波长光学器件,如光开关、纳米传感器、分束器和调制器等。由离散状态和连续状态之间的相互干涉造成的Fano共振,是SPP波导系统中的一种特殊的光学效应,由于其尖锐的、不对称的光谱和近场增强的特性,在传感器、滤波器和非线性过程中得到了广泛的应用。此外,随着高度集成的光子电路的发展,多Fano共振由于在增强的生化传感、多色光谱和宽带非线性过程等方面的优势,引起了更多的关注。越来越多的诱导多重Fano共振的结构被提出并应用于纳米传感器,但是大多数研究无法兼具多重Fano共振和高传感性能。本文主要以表面等离激元和Fano共振为基础,基于MIM波导和Drude色散模型,使用有限元法对等离子体传感器在Fano峰的数量、成因、可调谐、传感性能等方面展开研究。论文的主要工作如下:1、从表面等离激元在金属表面的传播出发,讨论了 SPP的波动方程和色散关系,简单描述了金属的色散模型代表—Drude模型,并研究了 SPPs在MIM波导中的传播及其常用的几种激发方式。随后我们通过双振子模型,讲诉了 Fano共振的基本原理;并通过结构举例对Fano共振常用的几种实现模式进行了详细分析。最后介绍了表面等离激元研究中常用的数值仿真计算方法,并着重讨论了有限元法和时域有限差分法。2、提出了一种基于环形腔的等离子体传感器。通过环形腔产生窄的离散谱,插入挡板的MIM波导产生宽的连续谱,二者的耦合提供了 2个Fano峰。并通过调整结构参数,发现2个Fano峰的谐振波长也随之变化,证明该结构是可调的。最后,该结构可被用于折射率传感器,其灵敏度达到1550nm/RIU,FOM值为6.4×103。3、提出了两种基于环形腔的改进型等离子体传感器。一种是通过在环形腔中内连方形腔(RCSC),通过RCSC产生的离散态和带挡板的MIM波导产生的连续态之间的耦合,产生了 4个可调谐的Fano谐振峰。该结构用于折射率传感器,能达到最高1.39×104的FOM值。另一种是通过在环形腔中插入双挡板(DBRC),该结构产生的3个可调谐的Fano峰,是由诱导窄离散态的DBRC和诱导连续谱的插入挡板的MIM波导之间的相互作用形成的。该结构用于折射率传感器,实现了最大1.32×104的FOM值。4、提出了一种基于缺口环形腔的等离子体传感器。该结构由左右MIM波导和直连缺口环形谐振腔的矩形腔(CSRRTC)组成,由于矩形腔和缺口环形腔不同模式之间的干涉产生了 5个高透射率的Fano峰。将该结构应用于传感器中,实现了最高1450nm/RIU的灵敏度和最大1.36×105的FOM值。这比大部分同类型的结构性能更为优秀,相信该结构可以促进高集成光子学的发展,并支持纳米传感器的实质性应用。