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近些年,光学传感器因为其灵敏度高、免标记、实时监测、非破坏性等特点,在生物传感、食品安全,环境污染等领域有着广泛的应用。传统的光学传感器一般基于表面等离激元共振（surface plasma resonance,SPR）、波导（Waveguide,WG）等模式。光学传感器对传感介质折射率变化异常敏感,微小的传感介质折射率改变也能引起传感器的反射率曲线的特征发生明显的变化。随着时代与科技的发展,传统的光学传感器在灵敏度、精确度等传感性能上已越来越难满足目前的实际需要,设计一种结构简单、传感性能较高的传感器变得很有必要。近年来,由两种不同电磁模式相互作用的混合结构引起了大的关注。两种电磁模式耦合产生的新模式如Fano共振（Fano resonances,FRs）,FRs最初是在He原子的自电离光谱的量子力学研究中发现的,后来人们发现在纳米结构中也可以诱导产生FRs,并且在传感领域有极大的应用潜力。由两窄共振相互作用产生的强耦合也已被证明能够大幅度提高传感器的灵敏度。本文主要集中研究了基于模式耦合的高灵敏度传感器芯片,所取得创新成果如下:（1）通过设计包含石墨烯和平面波导的结构,激发了可通过石墨烯费米能级调控的Fano共振。该结构中,石墨烯通过棱镜耦合激发出SPR产生宽共振峰,波导模式激发产生窄共振峰,当这两种模式相互作用时,Fano共振便产生了。Fano共振极其尖锐非对称共振峰的特点使得传感器的传感性能得到了极大的提升,相对于传统基于SPR的传感器,灵敏度提高了接近两个数量级。（2）提出了含双波导的结构,结合石墨烯存在的损耗,使得两个波导的品质因子产生差异。两波导经棱镜耦合后,品质因子较大的波导激发出窄的共振峰,品质因子较小的波导激发出宽的共振峰,当这两个波导之间相互作用时,可以激发出Fano共振。当该Fano共振应用于光学传感时,灵敏度达到了9340 RIU-1。并且该结构不但支持TM极化还支持TE极化,使得该传感器有更大的应用范围。（3）通过设计包含双层石墨烯与平面波导的结构,实现了强耦合。该结构中,双层石墨烯被薄电介质隔开,薄电介质两侧的石墨烯激发的SPR发生耦合激发出了类似于薄贵金属的长程表面等离激元共振（long-range surface plasmon resonance,LRSPR）,双层石墨烯激发出的共振峰因为类似贵金属的LRSPR,其共振峰是窄共振峰。波导模式也是激发出窄共振峰。当两个窄共振发生耦合时,强耦合便产生了。该结构使得传感器的性能得到了很大的提升,灵敏度是传统SPR传感器的9倍。