提出了一种包含增透膜和背反射层的非晶硅薄膜太阳电池结构，其中增透膜由折射率从低到高的4层介质材料组成，背反射层由三角形介质衍射光栅和一维光子晶体结构组成。利用严格耦合波理论和平面波展开法，对介质层厚度和光栅进行优化设计，数值计算了增透膜和背反射层在入射角为0°～60°之间的反射效率。结果表明,增透膜在300～750 nm波长范围内存在高透射率，背反射层在600～750 nm波长范围内存在高反射率。对于活性层厚度为700 nm的非晶硅薄膜太阳电池，在入射波的TM偏振状态下，入射角小于75°时，电池经优化后在300～750 nm波长范围内平均吸收率为95%。

以二维三角晶格光子晶体为研究对象, 在该光子晶体中引入两行以一行耦合介质柱为间距的平行单模线缺陷波导.通过分析和研究光子晶体波导耦合结构的耦合和解耦合特性, 发现在不同频率下耦合波导的耦合长度不同.利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射光频率下, 缺陷波导间耦合波导的耦合长度, 设计了一种新型超微光子晶体波导耦合型三波长功分器, 实现了归一化频率分别为0.369、0.394、0.435的光波的分束效果.采用时域有限差分法验证了该功分器具有很好的功率分配效果.本文结果有助于光子晶体新型滤波器、定向耦合器、波分复用器、偏振光分束器以及光开关等光子器件的研究.

以二维三角晶格光子晶体为研究对象，在该光子晶体中引入两行平行的单模线缺陷波导，以一行耦合介质柱为间距，通过调节部分耦合介质柱的折射率，构筑了光子晶体异质结耦合波导光开关结构。利用平面波展开法和定向耦合原理计算了在不同入射光频率下，缺陷波导间耦合介质柱的折射率不同时的耦合长度，确定了合适的光子晶体异质结耦合波导光开关的结构参数。利用时域有限差分法研究了该光开关中耦合介质柱的折射率变化及异质结构介质柱的位置分布对光信号输出路径的影响。结果表明，通过改变该结构中耦合介质柱的折射率可以改变光的输出路径，可实现光的开关行为。并且异质结构介质柱位置的随机分布对该光开关的影响不大，有助于光子晶体新型滤波器、定向耦合器、波分复用器以及光开关等光子器件的研究。

为了实现结构紧凑、高透射率的解波分复用功能，在二维三角晶格光子晶体平板上设计了一个ψ形的三通道解波分复用器.通过在该光子晶体结构中引入合适的线缺陷和点缺陷，使得在光子禁带中出现了局域缺陷态.利用该缺陷态模式，可以控制波的传播和耦合，从而实现解波分复用的功能.通过用平面波扩展法和时域有限差分法对此解波分复用器进行了能带和传输特性分析，找到了具有合适缺陷态频率的光子晶体结构参量，实现了透过率高达80%的解波分复用功能.

设计了基于二维三角晶格光子晶体的90°弧线弯曲波导以实现Γ-K波导和Γ-M波导的连接。通过在弯曲弧线和Γ-M波导两侧引入缺陷面，形成了具有布拉格反射和全内反射的双重光子局域作用。模拟可得该二维三角晶格光子晶体90°弧线弯曲波导的透射率达90%。

结合垂直沉积自组装法和旋涂法制备了由超薄金膜、发光层和三维光子晶体组成的三明治结构。通过对样品的衰减全反射曲线进行测量和分析，发现该三明治结构的光学特性取决于光子晶体的质量，高质量三维光子晶体使得三明治结构的衰减全反射曲线在48°和63°两个位置出现了反射波谷，而低质量三维光子晶体的三明治结构的反射波谷完全消失。与薄金膜发光层双层结构相比，该三明治结构的荧光特性曲线也出现了显著变化，单一辐射峰分裂为双峰，且位于600 nm的辐射峰比位于620 nm处的辐射峰要弱30%。

采用自组装法制备了聚苯乙烯（PS）微球三维光子晶体结构，通过在PS微球悬浮液中掺入不同浓度的二氧化硅大球，实现了光子晶体结构从有序向无序过程的转变。通过对这些样品的透射、反射进行测量和分析，发现无序效应对光子晶体的光子响应特性具有极大的影响，随着无序程度的增加，高频波段的透射率急剧下降，低频波段的法布里珀罗振荡消失，光子带隙蓝移且逐渐消失；而在掺杂浓度为0.02%(质量分数)时，光子晶体带隙中心的最低透射率从10%下降到1%，且反射单峰随着探测角度的增大而分裂为双峰。这有助于基于介质球三维光子晶体沿Γ-L方向透射消光，促进其在新型光学器件领域的应用发展。