基于金属材料的纳米结构,由于其特有的表面等离激元共振特性（Surface Plasmon Resonance,SPR）,可以实现电磁波振幅、相位、偏振等特性的调控,成为近些年来一个重要的研究方向。但由于金、银等金属材料有不可忽略的热损耗,且制备工艺与成熟的CMOS工艺不兼容,限制了它在微纳光子学中的应用,迄今为止只有很少一部分基于局域表面等离激元的超构材料,能够在实际应用中被实现。近期的研究发现,高折射率电介质纳米颗粒也能产生很强的光学共振,并且同时包括电类型和磁类型的共振,而金属纳米颗粒只能产生电类型的共振。同时,与金属材料相比,电介质材料的损耗非常小几乎可以忽略。基于电介质材料的微纳器件可以解决金属结构存在的问题,从而为高性能、小型化和高集成度光子器件的实现提供新的道路。本文利用高介电常数的电介质结构替代目前广泛应用的金属结构来产生谐振,研究基于电介质材料的不同微纳结构中所产生的米氏光学响应及其相应的滤波和传感性能,主要的研究工作如下:1.对基于电介质材料微纳结构产生的共振类型及其相应的共振原理进行了探究,详细介绍了在基于电介质材料的微纳结构设计中,常常用来改善谐振的特性参数的方法:连续域中的束缚态理论和法诺共振理论。根据这两个理论,总结了设计、优化能够实现预期共振特性的基于电介质材料的微纳结构的构造方法。2.建立了电介质材料六边形微纳结构的理论模型,使用时域有限差分（FDTD）方法数值计算分析了其产生的共振类型和特性,通过调控六边形长轴长度、旋转角度、周期比例等几何参数,实现了连续域中的束缚态（BIC）从8μm到12μm的长波红外波段连续可调,同时研究了入射平面光的角度对共振特性的影响。3.针对电介质材料六边形微纳结构的共振特性,即BIC从8μm到12μm的长波红外波段连续可调,数值计算了其在窄带反射式滤波器上的应用,在长波红外范围下实现了平均90%的反射率和均值200的Q值;本文提出的反射式滤波器的平均品质因数为300,移相时间仅需1.7ps,而插入损耗仅为0.4dB。同时,仿真分析了实验中可能出现的六边形圆角的问题对共振可能产生的影响。4.建立了“吉祥结”（十字与圆环）结构的电介质材料微纳结构的理论模型,使用FDTD方法数值计算分析了其产生的共振类型和特性,并数值计算了其在折射率传感器上的应用。本文提出的光学折射率传感器可以实现986nm/RIU的高探测灵敏度,平均品质因数（FoM）值为29,同时可以达到200的平均Q值,且移相时间仅1.8 ps。同时,该结构对入射光的偏振方向和入射角度均不敏感,可以实现器件在复杂环境中的应用。并且数值仿真模拟了质量分数为20%的葡萄糖溶液在不同温度下的折射率的变化,探测灵敏度可达到1000nm/RIU。5.实验制备了“吉祥结”结构阵列,利用真空磁控溅射镀膜系统和等离子体增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition,PECVD）系统进行材料的薄膜沉积;利用电子束曝光技术（Electron Beam Lithography,EBL）和传统的紫外光刻系统实现制备中“吉祥结”结构的图形化;利用感应耦合等离子体刻蚀（Indutively Coupled Plasmon,ICP）系统和深硅刻蚀等离子刻蚀系统完成了材料Si的相关刻蚀工艺;利用了SEM设备对结构进行结构参数表征,并且进行了初步的光谱测试。