基于表面等离激元提出了一种含金属挡板的波导侧向耦合谐振腔系统。当入射光从波导的入射端进入到该结构时，谐振腔会形成较窄的离散带，金属挡板会产生较宽的连续态，较窄的离散态与较宽的连续态发生干涉时，形成两种不同模式的Fano共振谱线。采用时域有限差分法对该结构的传输特性进行了仿真计算，分别研究了结构的磁场分布、电场分布、透射特性和传感性能，根据磁场分布图和电场分布图可更好地解释Fano共振的形成机理。仿真数据分析结果表明，几何参数与介质折射率可以调节结构的传输性能。最后对结构的几何参数进行了优化处理，得到了在最优参数下，该结构产生的两个Fano共振的品质因数分别为4.502×10⁵和1.967×10⁵，对应的灵敏度分别为800 nm/RIU和1 400 nm/RIU，均达到了较高的数值，具有良好的传感性能。所设计的耦合结构可为提高微纳光学传感器的性能提供一种可行的途径。

为了研究超表面结构的耦合及折射率传感特性，设计了一种由两种长度不同的纳米棒组成的二聚体结构，并研究该结构的透射光谱，共振峰处的电场和电荷分布以及结构参数对透射光谱的影响。本文采用有限元法对光学性能进行仿真分析，采用准静态逼近模型解释了平行双纳米棒结构的耦合机理。在共振波长上模拟电场分布,分析电子振动模式，在透射光谱中出现了不对称线型的双Fano共振。结果表明,双Fano共振是由纳米棒和衬底之间的耦合作用产生的，可以通过结构参数和周围介质的折射率来调控，且基于Fano共振的折射率灵敏度最大可达1.137 μm/RIU。这些研究结果为设计等离激元传感器提供了理论依据。

本文提出了一种基于深度学习的超材料Fano共振设计方法，能够获得高Q共振的线宽、振幅和光谱位置特性。利用深度神经网络建立结构参数和透射谱曲线之间的映射，正向网络实现对透射谱的预测，逆向网络实现对高Q共振按需设计，设计过程中实现了低均方误差(MSE)，训练集的均方误差为 0.007。与传统方法需要耗时的逐个数值模拟相比，深度学习设计方法大大简化了设计过程，实现了高效、快速的设计目标。对Fano共振的设计也可推广应用到其它类型的超材料的自动逆向设计，显著提高了更复杂的超材料设计的可行性。

为了提高品质因子（Quality value，Q）以增强光与物质的耦合作用，本文提出一种结构简单、工艺制备要求低的介质超材料，它可激发对称保护的连续介质束缚态（bound states in the continuum , BICs）。该介质超材料具有四聚孔组成的平面纳米孔板，通过改变纳米孔的位置，可使对称保护BIC转变为对称保护的QBIC，进而诱导出两个高品质因子Q值Fano共振。经计算Fano共振在非对称参数Δ=3 nm时，Q值可达到1×e⁶。随后将QBIC和Fano共振的远场辐射分解为不同多极子分量的贡献，基于散射功率和电场矢量分布可以发现，介质超材料在λ₁出现高Q值Fano共振主要是因为磁四极子和环偶极子的存在，而在λ₂出现高Q值Fano共振主要是因为环偶极子的存在。最后分析计算了纳米孔边长和纳米孔填充材料对两个Fano共振的影响。本文的研究可以为研究制备高Q值光学响应器件提供理论指导。

为实现可调谐的多重Fano共振特性及设计高灵敏度折射率传感器，本文提出一种纳米环-七聚体金属-介电纳米天线结构，利用有限元方法（Finite Element Method, FEM）研究了Fano共振特性的影响因素和变化规律。研究表明，纳米环-七聚体金属-介电纳米天线的Fano共振特性对高度、入射角度和结构间隙的变化非常敏感；纳米天线的电场强度和电偶极源激发下的珀赛尔系数（Purcell factor, PF）可达134.74 V/m和3214，使得纳米天线中心位置附近的电场强度得到大幅增强；复合纳米天线结构具有较高的灵敏度S和品质因数FOM，分别为1400 nm/RIU和17 RIU⁻¹，可作为评价高灵敏度折射率传感器的重要性能指标。本文为实现复合纳米天线结构中Fano共振的可调谐特性提供了一种可行途径，为表面增强拉曼散射、量子发射器和折射率传感器等实际应用奠定了坚实的理论基础。