光子晶体是在1987年由John和Yablonovitch几乎同时提出的一种人工微结构。与利用全反射来实现对光子的引导传输不同,光子晶体结构提供了一种全新的导光机制,其通过周期性排列的电介质形成光子带隙,以实现对光子传输的引导和控制。由于其独特的光子带隙特性,光子晶体被应用于各类全光功能器件中,包括波导、滤波器、光纤、激光器、分束器以及传感器等。而光子晶体传感器由于其具有响应时间短、抗干扰能力强、体积小、易于集成等优点,在传感领域引起了极大关注。本文使用时域有限差分方法,基于二维准周期结构、周期结构光子晶体构建了多类缺陷体,通过研究缺陷体的模场空间分布,并比较不同缺陷模场之间的差异,提出了基于十二重准周期光子晶体的浓度渐变型传感器和蛋白质吸附型传感器,以及基于硅基、锗基开槽空气孔结构的多通道光子晶体传感器。我们所研究的基于十二重准周期光子晶体的浓度渐变型传感器和蛋白质吸附型传感器,是由半导体材料硅柱排列在可自由流动的液体环境中组成的。通过设计不同的缺陷体参数,使其灵敏度在不同工作条件下达到最高值,背景折射率变化的检测极限为8.75×10-5 RIU,蛋白质吸附厚度变化的检测极限为5 nm。基于硅基、锗基开槽空气孔结构的多通道光子晶体传感器在构成缺陷体的空气孔之间引入狭缝,将原本局域在空气孔之间(高折射率区域)的电场能量局域在狭缝之中,在增强光-物质相互作用的同时提高了传感器的灵敏度。通过研究缺陷体结构参数对缺陷模式的影响,对传感器进行复用优化,可以使其实现5个传感通道分别独立进行工作,其中,硅基开槽空气孔结构的光子晶体传感器灵敏度可大于720 nm/RIU,锗基开槽空气孔结构的光子晶体传感器灵敏度可大于810 nm/RIU。