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表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)是光与金属物质相互作用的一种特殊物理现象。SPR对金属微纳结构表面折射率的变化极为敏感，这一特性使得SPR生化传感技术巨大的应用潜力，引起了世界各国科技工作者的高度重视。本论文以国家973项目“表面等离子体亚波长光学应用基础研究”为背景，对合理设计光栅结构、提高光栅型SPR传感器的传感灵敏度和品质因数、激光干涉光刻法制作金属微纳结构，以及传感性能测试等方面开展了深入的研究工作，主要包括以下几个方面内容：
1.建立了矩形和高斯形剖面金属纳米光栅(MNG)SPR效应的数理模型，阐明了模型的求解方法，并对其近远场光学特性进行了仿真计算，分析了SPR和LSPR两种异常光学现象对MNG的形状、结构参数和入射参数的依赖关系，详细阐述了这两种不同的响应机制的特点。
2.提出了一种双面非对称的高斯形MNG刻槽结构模型，用多重多级子程序法对其SPR光学特性作了计算分析，并发现它与单面矩形刻槽、单面高斯形刻槽，以及双面对称刻槽的MNG有着完全不同的对结构参数的响应。研究结果提示实际应用中在需要SPR峰值波长随未刻透厚度t的增加而增加时，可将MNG设计成非对称刻槽的形式，而需要SPR峰值波长随未刻透厚度t的增加而减小时，可将MNG设计成单面刻槽或双面对称刻槽的形式，同时还可根据SPR和槽深、槽宽的响应关系合理设计MNG结构，对更好地实现SPR的应用有重要的指导意义。
3.提出了一种具有高斯形截面的MNG作为传感芯片，这正是利用了高斯形MNG的SPR具有十分窄的光谱响应的特性，并对传感芯片的折射率灵敏度m、光谱曲线的半高全宽FWHM，以及品质因数FOM等代表传感性能的参数进行了详细分析和比较，优化后的传感器灵敏度m达到了490nm/RIU，反射谱线半高全宽FWHM窄至9nm，品质因数FOM达到了55以上，具有优越稳定的传感性能。
4.设计了一种单面刻槽SPR生化传感器，通过测量反射峰值的移动来检测生物样品的种类。该传感器结构简单、成本低、传感灵感度高、调整使用方便，易于携带。
5.利用实验室微纳加工光学实验平台，在室内搭建了激光干涉光刻实验系统，开展了用激光干涉光刻技术制作一维MNG和二维金属阵列传感结构的实验工作，并对制作出的银阵列传感芯片进行了传感性能测试等。激光干涉光刻方法制作LSPR生物传感芯片相比自组装纳米球光刻法，具有可制作多种形状、形状尺寸可控性好、稳定、可重复性强等诸多优势，因此有很高的实际应用价值。