基于SOI的光学传感器以其不需要荧光标记、响应速度快、可测量物质种类多、易于形成传感阵列实现分布式传感、传感灵敏度非常高、集成化成本低、稳定性高、选择性好、抗电磁干扰强、结构紧凑便于实现光子集成等独特优点,使得它在医学药品分析、食品安全控制、环境监测等诸多领域具有广泛的应用前景。当前越来越多的科研人员参与光学传感器的设计中,各种传感器的设计理论在逐步完善,相应的基于光学传感器的传感测量系统也在逐步成熟,并逐渐开始走向商业化。本文旨在促进光学传感器产业的发展,有必要设计一些具备高性能传感特性,同时有助于实现光子集成的光学传感器。本文以基于SOI的光学传感器的研究为研究课题,采用Finite Difference Time Domain(FDTD)研究了几种高性能的光学传感器,并对它们的特性进行了详细的分析,全文的工作主要由三个部分构成。对光学传感器的基本工作原理做了初步的分析,并分析了当前传感器设计中较常使用的材料以及结构特性,通过大量的文献调研,阐述并分析了国外知名科研机构以及国内知名高校在光学传感器这一领域的研究情况。对传感器的基本理论进行了推导和分析,采用传输矩阵法(TMM)分别对微环腔传感模型和光栅FP腔传感模型进行了分析,接着对FDTD法做了详细的推导,并详细分析了在FDTD法进行传感器数值仿真设计中所需要设定的初始条件、边界条件及激励源等。设计了七种性能优良的光学传感器,包括四种基于SOI的微环腔传感器和三种基于SOI的光栅FP腔传感器,每一种传感器均采用FDTD算法进行结构参数的优化,并且仿真测试了每种传感器对NaCl和有机溶液的传感性能,仿真测试结果显示,这七种光学传感器的具有非常好的传感性能。最后,设计了一种基于SOI的大动态探测范围及高灵敏度传感阵列芯片,并对这种传感芯片的工作原理及可行性做了详细的分析。