光子晶体（PC）微纳传感器具有体积小、易集成、响应时间快、控光能力强、可实现无标签检测以及设计灵活等优点，在工业生产、海洋探测、生物医疗检测及环境监测等领域展现出巨大的应用前景。针对基于一维纳米束PC与二维平板PC的微纳光子传感技术，从传感器结构设计和传感性能提升方面，分析了当前国内外PC微纳传感的关键理论和实验技术进展，并通过对比分析，探讨了PC微纳传感技术在未来应用中所面临的挑战及未来发展的趋势。

分析了不同空气孔形状的光子晶体受位置和半径微扰对于透射的影响，包括圆形，方形与椭圆形.仿真结果发现及形状相同微扰程度下，通过比较透射平坦带宽部分的分析得到透射率对位置微扰更加敏感.慢光区域正方形空气孔对于位置微扰表现较好，圆形空气孔对于半径微扰更稳健.由于不同形状的空气孔光子晶体波导结构有各自的优势，因此研究微扰对透射率的影响对于光子晶体波导实验和制作过程有重要的理论指导意义.

将谢尔宾斯基(Sierpinski)地毯结构引入二维光子晶体，设计了一种具有规则分形结构特征的光子晶体——Sierpinski类分形光子晶体。采用时域有限差分法仿真分析了空气背景介质柱和介质背景空气孔结构Sierpinski类分形光子晶体的透射谱。结果表明，只有当TM波入射空气背景介质柱结构时，Sierpinski类分形光子晶体存在禁带，其它情况均不存在禁带。分析了圆柱形Sierpinski类分形光子晶体的禁带宽度、禁带中心频率以及禁带中所出现的通带的特性随介质柱介电常数、介质柱填充因子的变化规律；仿真了不同分形级数以及不同介质柱形状对Sierpinski类分形光子晶体透射谱和带隙特性的影响。

研究了二维光子晶体耦合腔波导的结构对慢光特性的影响,发现微腔间的距离n、填充因子r/a和缺陷柱的尺寸rd是影响光子晶体禁带中慢光导模传输特性的重要参数。随着缺陷微腔间距离的增加,导模群速度vg急剧减小;当填充因子和缺陷柱尺寸增加时,导模向低频方向移动,同时,导模群速度降低;填充因子和缺陷柱尺寸降到一定数值后,vg达到最小值,此后,当r和rd分别超出其特定值继续增大,导模群速度反而增大。取微腔之间介质柱个数为6,普通介质柱尺寸为r=0.22a,a为光子晶体晶格常数,缺陷柱尺寸为rd=0.12a,得到导模群速度最大值vgmax<1.93×10-3 c,带边处vg<10-4 c(c为光速)。这一结果显示,通过基本结构设计可以实现对光子晶体耦合腔光波导中慢光的有效控制,这将为基于光子晶体功能器件的设计和应用提供有效的支持。

考虑光场分布的影响，利用传输矩阵法研究了含有非线性缺陷的非对称一维光子晶体的透射特性，得到一种新的全光逻辑门的实现方法.由于光场在缺陷层中有着很强的局域，光子晶体的非线性效应得到增强.基于此，分析了场分布和缺陷层折射率的相互作用对光子晶体透射特性的影响，结果表明：通过合理设计，透射特性完全可以达到稳定状态.在此基础上设计了基于一维光子晶体的异或、与等全光逻辑门

研究了用于光缓存的光子晶体耦合腔光波导的结构对慢光传输特性的影响.详细讨论了微腔间距关于波导禁带、导模带宽、导模传输群速度的具体关系.计算发现，随着微腔之间距离的增加导模显著平坦化，群速度急剧减小.当相邻微腔之间距离为7个晶格常数时，获得了小于2×10-4c的超小群速度.通过长度为13.23 μm的7×7超胞构成的光子晶体耦合腔光波导，产生的最大光延迟超过了400 ps，这比相同长度传统光波导产生光延迟大四个数量级.

针对三种常见的介质柱横截面分别为正六边形，正方形和圆形的二维光子晶体，提出了一种增大光子带隙的方法.直角坐标系下，使X方向长度增大p倍，并以原点为中心旋转角度φ，通过调整p和φ来降低结构对称性，使用平面波展开法，对其进行了大量的仿真分析.结果表明，结构改变后的光子晶体具有较大的带隙率.对于三种介质柱的三角晶格结构的光子晶体，最大带隙率能达到12％以上，尤其对于正方柱三角晶格光子晶体，最大带隙率达到15.1％.

为了研究准分形结构光子晶体滤波器制作过程中引入的层厚误差微扰对其性能的影响, 并得出准分形结构光子晶体滤波器的层厚误差容限,通过向正负折射率介质层加入不同的层厚微扰, 分析了含负材料准分形结构光子晶体滤波器制作过程中的层厚微扰对其性能的影响。得到透射峰移动随介质折射率、介质层层数和层厚微扰大小的变化规律。对每层加入随机几何层厚微扰的情况进行了仿真, 得到透射峰移动位置的统计图, 并分析了透射峰位置统计数字特征随随机微扰的变化趋势。总结出含负材料准分形结构光子晶体滤波器在密集波分复用(DWDM)通信系统中的随机几何层厚误差容限为0.01 nm。

全光缓存器是未来全光网络中不可或缺的关键器件。针对可控光延迟和光存储的应用需求, 研究了光子晶体波导中慢光传输的外部动态调制。设计了一种新型的聚合物光子晶体波导结构。用平面波展开法仿真得到该波导结构带隙中存在单一的TE导模, 导模带边处的群速度可达10-2c。由于基底聚合物材料具有高电光系数和瞬态的电光响应时间, 且导模慢光传输产生的电磁场局域对电光效应有增强作用, 可在低调制电压的条件下实现对慢光导模的大范围动态调制。数值分析得到在外加调制电压为80 V时导模带边波长的移动幅度达80.8 nm。慢光导模的移动随调制电压的变化基本呈线性关系, 且调制的灵敏度约为1 nm/V。这种线性的外部动态调制基本可满足全光网络对慢光光缓存的需求。

研究了以GCLM(the generalized Cantor-like multilayer)结构作为缺陷的光子晶体带隙结构和滤波特性通过调整缺陷结构参量,可以得到通信波段1 300 nm～1 550 nm附近的窄带滤波窗口滤波窗口透过率接近100%,而窗口以外的透过率在0.01以下.缺陷结构产生的Cantor分布,对光子晶体的透射特性产生很大影响,通过调整GCLM的结构,可以控制带隙的宽度及带隙中滤波窗口的数量和位置.和其他一维光子晶体相比,这种滤波特性能更好地应用在CWDM中.