光子晶体(Photonic Crystal,PC)具有尺寸小,灵敏度高,集成性好、模式体积小等优点,在片上集成传感方面具有广阔的应用前景。一维光子晶体波导和微腔作为光子晶体的重要组成部分,在光子晶体微纳传感应用研究中占据重要地位,因此,本文立足于一维光子晶体波导和微腔结构,重点研究了其在传感器领域的应用,其主要的研究内容如下:(1)由于纳米束微腔传感器因为谐振峰多,自由光谱(Free Spectral Range,FSR)范围小,因而在多路复用传感时容易发生串扰,为了解决这个问题,本文根据纳米束波导以及空气孔渐变的微腔,设计出超紧凑的一维光子晶体集成传感器。首先设计高品质因子的光子晶体纳米束微腔传感器,该微腔传感器由带有一列半径渐变空气孔的硅波导构成。然后,根据光子带隙的传输特点,设计优化与纳米束微腔传感器相匹配的纳米束带阻滤波器,然后将纳米束带阻滤波器与纳米束微腔传感器级联,过滤掉传感器中波长在滤波器阻带范围内的谐振峰,使集成传感器的透射谱内只剩下用于折射率传感的目标谐振峰,将自由光谱范围由原来的40nm增大到275nm,扩大了近7倍,为光子晶体传感器阵列的复用提供了条件,经计算,该集成传感器品质因子达到1.43×103,灵敏度达到127.07nm/RIU,使该集成传感器在制造传感器阵列、精准检测和大规模多路传感等方面具有广阔应用前景。(2)为了解决传统微环传感器品质因数低(Figure of Merit,FOM),传感性能低下的问题,本文根据纳米束槽波导和单波导微环谐振器,提出了一种高品质因数的一维光子晶体槽波导微环折射率传感器,与传统的微环谐振器结构相比较,该微环折射率传感器结构在传统的单波导微环谐振器中引入了光子晶体槽波导,将光场局域在空气孔中间的槽波导中,提高了光场与待检测物质的相互作用。通过优化微环槽波导谐振器上空气孔半径、槽波导的宽度、环形光子晶体槽波导谐振器与总线波导的耦合距离这三个影响传感性能的参数,提Q值,最终提高品质因数。利用时域有限差分法(Finie-Difference Time-Domain Method,FDTD)仿真计算,优化设计后的一维光子晶体槽波导微环折射率传感器的品质因数超过105,灵敏度为97.47nm/RIU,计算得到性能参数为6.63×103,和传统微环谐振器相比,数值提高了一个数量级。因为本文提出的高品质因数的一维光子晶体槽波导微环折射率传感器的设计灵活,结构简单,品质因数和传感性能均高与传统微环传感器,所以有望在片上集成电路和生化传感领域方面发挥重要作用。上述的研究内容对利用一维光子晶体波导和微腔结构设计品质因子高,品质因数高、结构紧凑的光学微纳传感器提供了宝贵的经验,也为后续研究用于片上集成复用的传感器指明了方向和提供了理论基础。