基于超构材料的高灵敏折射率生物传感器一直是当前研究的热点。本论文通过研究超构材料中磁表面等离激元共振的调控和三维光学超构材料中磁表面等离激元共振的增强效应,获得了具有高性能的生物传感器,并有望将其推广到无标识生物医学领域。论文首先介绍了表面等离激元的基本性质、特点及其在生物传感器、表面等离激元激光器等方面的相关应用。接着通过对该领域进一步的探索,介绍了超构材料的基本知识以及磁表面等离激元的特点和相关应用。最后,本论文创新性地提出了两种基于超构材料的高性能生物传感器的设计方案。论文主要内容包含以下两个方面:1、我们设计了一种能够支持强磁表面等离激元共振的超构材料,这种超构材料由置于金属衬底上的两个紧密排列的金属纳米圆盘对周期阵列组成。从本质上来讲,我们设计的超构材料中的强磁共振来源于银纳米圆盘对中等离激元的近场杂化耦合而形成的一种反对称共振模式。当这种强磁共振被激发时,超构材料可以同时具备巨大的磁场增强、超窄的谱线线宽以及近乎完美的光吸收特性,这些特性在高性能折射率传感器方面有着潜在的应用价值。我们理论研究表明,这种超构材料具有非常高的传感灵敏度(S=991 nm/RIU,S*=47/RIU)和品质因子(FOM=124,FOM*=17702),在无标识生物传感领域具有重要的应用前景。除此之外,这种超构材料还能支持巨大的磁场增强,因此它在磁非线性和磁偶极子自发辐射方面也具有潜在的应用价值。2、我们创新性地将传播的SPPs引入三维超构材料中,以达到增强磁场的效果,同时探索了其生物传感性能。我们设计的三维超构材料由竖直银纳米开口U型环(VSRRs)周期阵列堆叠在一个厚度为200 nm的银衬底上,并且这两层之间由一个厚度为50 nm的二氧化硅间隔层隔开而组成。我们理论研究发现,通过将三维超构材料放置在由二氧化硅间隔层隔开的金属银衬底上,银VSRRs中的MP共振可以与银衬底表面传播的SPPs发生强烈的耦合,从而能够形成具有巨大磁场增强的窄带杂化MP模式。此外,我们研究还发现,要发生这种强耦合,银衬底表面传播的SPPs的磁场方向与银VSRRs中诱导的磁矩方向必须一致。更为重要的是,由于这种窄带杂化MP模式对周围介电环境极为敏感,因此我们设计的三维超构材料的传感灵敏度和FOM分别可高达700 nm/RIU和170,这数值远高于目前文献报道的其他等离激元传感器。这些研究结果表明,我们设计的这种三维超构材料在无标识生物医学传感领域有着潜在的应用前景。