基于一维光子晶体反射谱性能的可控性，设计了一种磁流体填充的一维缺陷型光子晶体磁场和温度传感结构。应用全矢量有限元法（FEM）对该结构的反射谱及其反射峰值随磁场和温度的变化进行了仿真研究。数值模拟结果表明，反射峰值随磁场和温度发生规律性移动。当周期为7，磁流体厚度为577.58 nm时，磁场灵敏度可达136.4 pm/mT，温度灵敏度可达-34 pm/℃。该传感结构既具有设计简单和线性度较高的特点，又能在同一结构中分别实现对磁场/温度的测量。

为了设计高品质、高性能的光学滤波器和光开关, 利用传输矩阵法通过数值计算模拟的方式绘制1维光子晶体的透射能带谱, 研究和分析了两缺陷之间距离和缺陷的厚度对光子晶体透射能带谱的简并效应。结果表明, 当两缺陷之间距离越大, 透射能带谱简并效应越明显, 当间距增大到一定数值时,出现分立透射峰完全简并现象; 当缺陷厚度整数倍增大时, 光子晶体透射能带谱出现简并的趋势, 但缺陷厚度奇数倍增大与偶数倍增大时, 透射能带谱简并速度不一样, 前者的简并速度小于后者的简并速度; 缺陷厚度无论是奇数倍增大还是偶数倍增大, 光子晶体透射能带谱简并的速度均逐渐减小。缺陷对光子晶体透射能带谱简并效应的调制规律, 为光子晶体设计新型光学滤波器件、光学开关及其调制机制等提供了指导。

为了研究镜像磁光光子晶体在外磁场中透射谱的变化, 采用4×4传输矩阵法进行了理论分析和模拟计算。模拟结果显示, 当外磁场存在的情况下, 镜像光子晶体中存在的缺陷模会受到外磁场和光子晶体层数的影响, 分裂成两个模式, 这两个模式分别对应于原线性偏振光中的左旋光和右旋光, 且左旋光和右旋光之间的频率差会随着外加磁场的增强而增大; 只有当光子晶体结构多于7层时, 缺陷模才会具有较高的Q值, 这时模式的分裂现象才能被清晰地观察到。结果表明, 磁光光子晶体的这种可调谐性可以应用到新型的滤波器设计当中。

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。

为了实现光的非互易性传输，在一维光子晶体中插入两个非对称的金属磁性材料缺陷层。插入的金属磁性材料在光子晶体中形成了不对称的磁性微腔。运用适用于磁光材料的传输矩阵方法研究结构的传输特性。由于金属磁性材料破坏时间反转对称，同时非对称微腔结构打破了空间反转对称，使得结构产生了非互易性的传输。随着入射角度的增大，非互易通道的间距也不断增加，并在50°时达到最大值，然后逐渐减小。当外加磁场增大时，非互易通道的间距也随之不断增大并且在某一特定值时达到最大值。最终的结果采用基于有限元法的电磁场仿真软件进行仿真验证。

基于紧束缚理论,分析了一维多镜像光子晶体中多缺陷模的产生及缺陷模式分裂的机理,建立了缺陷模频率与缺陷层相对位置的关系模型.采用传输矩阵理论研究了双镜像光子晶体的光学传输特性,并讨论了光子晶体周期层数、入射角度、介质层厚度等及介质的相对折射率差等参数对光子晶体缺陷模特性的影响.模拟结果表明,调整光子晶体参数和缺陷层的相对位置可有效调控光子晶体的缺陷模特性,可为光子晶体多通道滤波器等光学器件的设计和应用提供一定的理论参考.

磁流体的有效介电常数εliq 与磁性粒子体积分数P和外加磁场因子α∥ 有关。计算了水基MnFe2 O4 磁流体的有效折射率随纳米磁性粒子体积分数P和外加磁场强度因子α∥ 的变化关系,发现通过调节α∥ 的大小可实现不同纳米磁性粒子体积分数的磁流体具有相同的有效折射率。应用传输矩阵法, 数值模拟了水基MnFe2 O4 磁流体中P为0.745时结构为(AB)8C(BA)8的一维磁流体掺 杂光子晶体的透射谱。结果表明:缺陷模磁流体nc的增大出现红移现象,即缺陷模中心 波长随nc的增大而变长,最大改变量为36.6 nm。讨论了缺陷模品质因子Q, 发现缺陷模半峰值带宽不变,Q与缺陷模波长 随nc的变化具有相同的线性变化特性,即Q 随有效折射率的增大而增大。

利用传输矩阵法对含有缺陷层光子晶体缺陷模的透射率进行计算,主要讨论了材料的吸收效应对光子晶体温感特性的影响。以波长为800 nm处缺陷态的透射峰作为研究对象,通过MATLAB数学软件数值模拟仿真发现: 随着温度逐渐增加,缺陷模的透射率随之减小,说明光子晶体对温度变化有一定的灵敏度;介质材料的吸收效应会使透射峰随温度变化的速度减小,即光子晶体的缺陷模对温度变化的灵敏度减小;介质材料的消光系数越大,光子晶体的缺陷模对温度变化的灵敏度则越小。

为了分析峰值折射率对1维正弦型函数光子晶体缺陷模的影响, 首先对折射率按正弦规律变化的介质进行离散化, 然后应用传输矩阵法计算了1维光子晶体(AB)mC(BA)m的透射谱, 分析了各介质层的折射率峰值对该结构1维正弦型函数光子晶体缺陷模的影响。结果表明, 随着峰值折射率的增大, 缺陷模红移, 且频率越高缺陷模红移现象越明显;低折射率介质的峰值折射率对缺陷模频移的影响比较显著。这一结果对光子晶体的设计有一定的参考价值。

提出了一种基于三角晶格的1550 nm波段的光子晶体结构。为了使带隙最大，选取占空比（半径和光子晶体晶格常数的比值）为0.3,采取点缺陷和线缺陷相结合的直接耦合结构。基于Rsoft软件的时域有限差分方法(FDTD)方法仿真计算，对缺陷模、透射谱和时域稳态响应图进行了分析。计算了光开关的插入损耗、消光比和响应时间。结果表明，插入损耗为0.3957 dB，消光比为56.699 dB，响应时间为102.14 ps。该光开关结构的性能较好，可以完全满足现代应用的需求。