基于光波导的基础理论讨论介质平板波导,通过边界条件和Maxwell方程等理论推导出介质平板波导的色散方程及其各种光学特性。再由介质平板波导讨论了空芯金属包覆波导的特性,然后对于其作为传感器时进行了理论分析,重点讨论空芯金属包覆波导的灵敏度以及利用高灵敏度特性制作的传感器器件。利用空芯金属包覆波导建立的传感器,由于波导的上下层金属一般为贵金属金或者银,由于贵金属的介电常数实部相对于其虚部是一绝对值较大的负数,所以波导的有效折射率存在的范围大。利用空芯金属包覆波导制备的传感器,把样品放入检测腔中进行检测,通过利用软件建立空芯金属包覆波导结构模拟得到ATR谱图,然后进行分析就可以得出检测腔中的浓度变化。ATR谱图的变化与波导中的折射率变化有直接的关系,物质折射率的变化随着物质的变化而变化,两者存在着密切的关系,所以可以导出ATR谱图与物质变化有直接表征的关系。在理论推导中可知,覆盖和衬底的贵金属金或者银的介电常数是一个复数形式:实部代表物质本征的损耗,虚部代表的是辐射损耗。在ATR图谱中的耦合角发生水平移动代表着实部发生变化;ATR图谱中的衰减全反射峰最低点上下移动是由于虚部发生变化。超高阶导模是一种对环境变化非常灵敏的共振波,特别对环境的折射率和消光系数的变化非常的灵敏,折射率和消光系数都与物质的浓度有着密不可分的关系,物质溶液浓度的改变会引起折射率和消光系数发生改变。在空芯金属包覆波导中,可以利用自由空间耦合技术激发出超高阶导模。通过分析空芯金属包覆波导的结构和性质,可知该波导中激发的超高阶导模可作为传感器,其在灵敏度有明显的优势。由于超高阶导模的衰减全反射吸收峰的位置和minR的变化,直接对应溶液的折射率和消光系数的变化。因此,根据这些数据可以精确测量浮游植物溶液的浓度。利用空芯金属包覆波导中的超高阶导模测量浮游植物溶液的浓度,是一种纯液相,不需要复杂的固相偶联工艺和大型仪器,而且具有极高的灵敏度,在食品安全、环境保护和生命医学等领域都得到了一定应用。