多层膜复合结构因具有独特的光学特性在传感领域有着广泛的应用。其中亚波长光栅,金属-电介质-金属（Metal-dielectric-metal,MDM）波导以及一维光子晶体（One-dimensional photonic crystals,1DPC）等光学结构备受关注。然而对于多层膜复合结构的耦合共振理论、光谱的演变规律以及高通量传感等方面的研究较少。故本文主要研究了亚波长光栅与多层膜结构间的耦合特性,详细地解释了结构中多重共振的形成机制,并采用智能算法寻优结构参数的方式,提高了高通量传感结构的性能。首先,基于衍射效应及模耦合理论,提出了一种由亚波长金属光栅和缺陷态光子晶体组成的复合结构,根据反射谱及磁场分布,探究了光的传输特性和双反射峰的产生机理。在波长调制下,详细地阐述了结构参数对双洛伦兹（Lorentz）线型的影响,并在光子晶体缺陷层和金属光栅凹槽处设置了高低折射率传感区,独立分析了不同波长范围内双传感区的性能,在传感结构中初步实现了对样本的高通量检测。进而,基于表面等离子体激元（Surface plasmon polaritons,SPPs）及模耦合理论,提出了一种由亚波长介质光栅/MDM波导/周期性光子晶体组成的高通量传感结构。结合角谱图详细地解释了双重Fano共振的形成机制,研究了结构参数对双Fano线型的影响,并探究了双重Fano共振的演变规律。分别在介质光栅凹槽及MDM波导中间层设置低折射率和高折射率传感区,独立分析角度调制下双传感区的传感性能,可得到结构的品质因数（Figure of merit,FOM）最高可达4.00×10~4。最后,基于导模共振（Guided mode resonance,GMR）及模耦合理论,提出了一种由亚波长介质光栅/周期性光子晶体/介质平板波导组成的复合结构。结合角谱图和电磁场分布,研究了双重Fano共振的形成机制。分别在平板波导中间层和介质光栅上表面设置了高低折射率传感区。采用粒子群算法（Particle swarm optimization,PSO）-支持向量机（Support vector machine,SVM）来优化结构参数,以加权处理后的双FOM值为输出指标。最后通过全局寻优,高通量传感结构的FOM值可高达1.40×10~5。