亚波长金属结构中的共振在纳米传感器领域是很重要的。本文研究了金属结构中纳米腔的共振特性及传感应用。构建了相关的倾斜腔、V形腔和X形腔, 其中V形腔由两个倾斜腔构成, X形腔由两个V形腔构成。利用时域有限差分方法模拟了三种腔与波导的耦合作用, 并应用耦合模理论对透射谱进行拟合验证。应用驻波理论分析了三种腔内共振的物理机制, 发现在倾斜腔和V形腔内皆有1条共振回路, X形腔内有2条共振路径。相对于倾斜腔, V形腔中存在连接模; 在X形腔中同时出现了对称和反对称的连接模。当破缺X形腔结构的对称性, 其共振模式发生分裂。考虑三种谐振腔结构的差动传感特性, 得到倾斜腔、V形腔和X形腔构成的气体折射率传感器的平均测量误差分别为0.003 91、0.001 85和0.000 37, X形腔传感最精确。X形腔中多共振回路形成多个共振模式, 有效地消除了多个环境因素的变化对传感的干扰, 从而得到更高的传感测量精度, 这为差动传感器的应用提供有价值的理论参考。

基于表面等离子亚波长结构的传输特性与光子局域特性,提出了一种单挡板金属-电介质-金属(MDM)波导耦合圆盘级联结构。由圆盘级联形成的孤立态与金属挡板形成的较宽连续态干涉相长相消,形成了两种不同模式的Fano共振。结合耦合模理论,分析了该结构形成Fano共振的传输特性,采用有限元分析法对结构进行了模拟仿真,定量分析了结构参数对折射率传感特性影响。根据折射率变化的物理机制,分析了温度和湿度在实际测量过程中对测量结果的影响,并采用差动传感的方法有效解决了传感过程中的交叉敏感问题。