可调谐光滤波器作为光通信系统中的重要组件，被广泛应用于光信号的复用与解复用、分插复用、色散补偿等。尤其，可调谐的多波长光滤波器以其巨大的灵活性而备受关注。本论文结合课题来源，仿真设计了一种用于波分复用网络节点的电光可调谐多波长滤波器。随着现代微纳结构制作工艺的日渐进步，金属纳米结构的局部表面等离激元共振已成为金属光学的研究热点。由于其独特的光学特性，金属纳米结构在光波导、生物化学传感器、光天线、光耦合器等光器件中具有重要的应用前景，能够大大提高光器件的集成度和微型化。本论文结合课题来源，对不同金属纳米结构的光学特性及其生物细胞传感应用进行仿真设计与实验研究。论文的主要工作及创新点如下：1.仿真设计了一种电光可调谐多波长滤波器。基于x切y传的钛扩散铌酸锂波导，分立电压驱动交替级联的叉指电极组和相移电极控制准TE模和TM模的偏振转换，实现滤波波长的可调谐性。将电学中有限脉冲响应数字滤波器的设计算法应用于电光滤波网络中，通过传输矩阵在z域中的表示及求解得到控制电压的取值。仅通过改变各级电极的驱动电压，滤波器不仅可以得到自由光谱范围内波长可调谐的带通滤波，而且可以得到非对称分布的多个窄带滤波。2.系统的研究了金属纳米结构的局部表面等离激元共振特性。仿真分析了纳米结构的材料、大小、结构、排布对其消光特性的影响。并在此基础上，设计了金纳米棒多聚体结构，并对其在可见光和近红外波段Fano共振实现机理与特性进行仿真和研究。在外加电场平行于纳米棒短轴时，长度对称的金纳米棒二聚体和三聚体（边对边分布）可实现Fano共振；而长度相同且间隔不等分布的纳米棒三聚体可实现双Fano共振。仿真分析发现，Fano共振来源于纳米棒局部表面等离激元共振模式的近场耦合，从而能够大大增强局部电场强度，提高传感灵敏度。仿真证明，本论文中设计的纳米棒多聚体的共振带宽仅为50nm，且共振品质因数可达到20。3.基于纳米球刻蚀工艺，通过不同大小的聚苯乙烯纳米球在金膜表面的自组装，形成的单层膜为模板，利用反应离子刻蚀法，实验制备了以玻璃为基底的直径分别为60nm和500nm的纳米金柱阵列。4.将制备的玻璃基底上直径为60nm和500nm的纳米金柱阵列用于视网膜色素上皮细胞（RPE-1）和乳腺癌细胞（MCF-7）的细胞浓度的检测，浓度检测范围宽，可达~104-106cells/ml。对比了两种细胞的形态（对应于介质环境变化）对其浓度检测结果的影响，同时，也对比了金柱的尺寸（对应于电场倏逝长度）对细胞浓度检测结果的影响。该实验研究可用于特定细胞检测时纳米颗粒大小的匹配选择及优化。5.仿真设计并实验制备了基于金纳米薄膜的直径为90nm、平均周期为160nm的二氧化硅金纳米柱阵列，利用纳米柱的局部表面等离激元共振模式与金薄膜的表面等离激元极化模式的耦合，不仅能够增强局部电场强度从而提高细胞检测灵敏度，并且能够进行细胞的多波长检测。利用该纳米柱阵列进行乳腺癌细胞MCF-7的浓度检测，其检测的最低浓度为2.14×103cells/ml，低于上述的基于玻璃基底的金纳米柱的最低检测浓度~104cells/ml。此外，多波长检测不仅能够减小单一细胞检测的误差，提高检测精确度，并且有望应用于多种细胞的鉴别检测。