结合布洛赫理论和麦克斯韦方程组，针对一维光子晶体表面缺陷态结构形成的布洛赫表面波进行理论分析，并研究了布洛赫表面波的局域特性和入射电磁波波长与角度对布洛赫表面波的影响。在此基础上，对一维光子晶体表面缺陷态结构的传感特性进行分析，当TE 偏振分量以一定角度入射到光子晶体中时，在待测溶液形成的缺陷层中发生谐振，电磁场被局域增强，与待测溶液分子充分作用，其形成的布洛赫表面波对待测溶液折射率变化具有高度的敏感性。数值模拟结果表明，其Q 值可达2620.29，灵敏度S 为62°RIU^-1，因此布洛赫表面波在一维光子晶体结构中具有很好的传感特性，可为折射率传感器的设计和应用提供理论参考。

提出了多孔硅表面缺陷光子晶体结构，引入多孔硅敏感层及吸收介质层形成表面缺陷腔，利用多孔硅高效的承载机制，将其作为待测样本的传感区域；由于吸收介质ZnS对谐振波长的吸收，可在反射光谱中获得与谐振波长对应的缺陷峰。以多孔硅的厚度为被优化变量，利用反向传播神经网络进行结构参数优化获得多孔硅的厚度最优值。由Goos-Hanchen位移建立待测样本浓度与缺陷峰波长的关系模型，进而对该结构进行传感特性分析。结果表明，优化结构参数后，缺陷峰对应的反射率由31.23%下降到0.00129%，其Q 值可达1537.37。在传感特性研究中，每1%质量分数的灵敏度为2.5 nm。该表面缺陷光子晶体传感结构可为样本浓度、组分等信息的监测提供一定的理论参考。

为了消除光子晶体环形腔滤波器的多模特性,通过在环形腔的输出负载通道中引入点缺陷,提出了一种复合缺陷光子晶体滤波器结构。将线缺陷作为主波导,将环形腔和点缺陷相结合作为负载波导来实现对特定波长的滤波。分析了光子晶体整体介质柱折射率、点缺陷的折射率以及点缺陷的尺寸对滤波器滤波特性的影响。令m=r-point/r,由数值模拟分析得出,当m取0~0.6时,B端口输出的滤波波长值没有发生改变,而在m∈[0.6,1.8]的合理区间范围内,若改变点缺陷介质柱半径,则可实现滤波器的单纵模滤波和滤波特性的可调谐,这将对多通道滤波器结构的设计提供有效的理论参考。

提出了一种带有吸收介质的表面缺陷光子晶体结构，将表面波谐振原理和微孔板技术相结合，实现了样本溶液信息的高通量检测。根据分层传输矩阵法和Goos-Hnchen理论分析其折射率传感机理，建立谐振角度与样本折射率变化的理论模型。结合微孔板和角度调制，在同一扫描周期中分别对不同传感区域的待测物实现光谱特性分析。结果表明，待测样本浓度变化将引起谐振角度的变化，进而使反射谱中的缺陷峰值波长产生漂移，并且单个周期角度扫描就可实现多个待测样本溶液信息的同时监测。该方法对高通量检测系统的设计具有一定的理论和技术参考价值。

为了提高光子晶体折射率传感器的灵敏度和品质因数，提出了一种基于表面波谐振原理的缺陷态光子晶体棱镜耦合传感结构。通过分层传输矩阵法对该结构建立传感理论模型，得出古斯汉欣位移与谐振波长的变化关系，从而建立谐振波长与待测样本折射率的关系模型。以SiO2-Al2O3-SiO2作为缺陷腔来代替传统表面等离子体共振(SPR)传感器中的金膜，构成折射率敏感层；采用Al2O3作为吸收层，从而在反射光谱中得到谐振缺陷峰，通过缺陷峰值的漂移实现待测样本折射率的动态监测；以乙二醇溶液为待测样本，对该折射率传感结构的Q值及灵敏度进行了分析。结果表明，其灵敏度约为3596 nm·RIU-1(RIU为相对折射率单位)，Q值约为1087.7，证明了结构设计的有效性，并可为高灵敏度和高Q值折射率传感器的设计提供一定的理论指导。