基于严格的耦合波分析方法（RCWA）和等效媒质理论（EMT）研究了布儒斯特角入射时TM偏振光的导模共振特性以及不同结构参数对无标记光学检测灵敏度的影响。分析了三种不同膜层结构对检测灵敏度的影响，通过RCWA计算发现单层光栅在实验入射媒质范围内，折射率每改变0.1，共振角度位置平均变化5.1°，双层膜和三层膜光栅结构对应的共振角度位置平均变化3.6°和4.2°，均表现出了较高的检测灵敏度。在单层光栅结构中，随着光栅调制率由0.4525减弱至0.1441，折射率每改变0.1，角度变化率分别为4.48°和4.95°，检测灵敏度增加。

通过工程优化方法与衍射光栅矢量理论相结合, 对衍射光栅的结构参数进行了优化设计研究。采用严格的耦合波矢量理论分析表面浮雕光栅的衍射效率特性, 并建立了具有全局寻优特性的遗传算法在衍射光栅设计中的数学模型; 研究了包括双闪耀光栅在内的多种槽型衍射光栅的优化设计。优化设计表明, 该方法对初始设计方案没有特殊要求, 能够快速得到多种槽型衍射光栅的最优结构参数, 优化后光栅的衍射效率可以达到90％以上, 双闪耀光栅经优化设计以后在整个波段均能获得很高的衍射效率。在光栅的设计过程中采用全局工程优化算法进行分析设计, 为高效率光栅的制作提供了理论指导; 同时也为光栅设计的逆问题提供了一种可行的求解方法。