为实现光电信息器件的高集成度和高效输出，提高光电信息处理能力，设计了一种基于二维光子晶体的四通道滤波器，根据4个点缺陷微腔与线缺陷波导耦合原理，引入反射异质结并调整微腔与反射结的距离，提高输出效率，对滤波器1 403、1 426、1 449、1 508 nm四波长的波分复用功能进行仿真。仿真结果表明：该器件可实现高效传输，四波长透射率均超过95%，插入损耗均小于0.23 dB，通道间串扰均小于-8.7 dB。

聚四氟乙烯由于具备低介电常数、对0.7~2.5 THz的光传输损耗低等特性，在光子晶体基底材料领域具有广阔的应用前景和巨大的潜在价值。采用飞秒激光器对聚四氟乙烯薄板进行制备二维光子晶体的工艺研究，其中激光器脉宽为388 fs，重复频率为100 kHz。通过对激光烧蚀试验结果拟合，得到聚四氟乙烯薄板在1040 nm波长下的单脉冲损伤阈值为840 mJ/cm²。此外，分析了不同激光参数对二维光子晶体制备工艺结果的影响，发现激光在多脉冲叩击法路径下获得的单层微孔加工质量最好。进一步研究了激光加工功率、扫描速度和扫描次数对圆柱形周期性结构的影响规律，结果表明，在激光加工功率为9 W、扫描速度为100 mm/s、扫描次数为9时能获得结构均匀的微孔阵列。本试验对采用超快激光加工制备聚四氟乙烯二维光子晶体有一定的参考价值。

提出一种基于二维光子晶体的镜像边腔耦合型电压和磁场强度双参量传感结构。在完整的光子晶体中通过空气孔的平移和尺寸改变引入缺陷，分别形成H0腔和改进的H1腔这两种光子晶体微腔；将H0腔和改进的H1腔分别与W1波导进行边腔耦合，并沿W1波导做镜像对称结构；在微腔中分别填充液晶和磁流体作为敏感材料，利用液晶的电光效应和磁流体的磁光效应形成电压和磁场强度的传感区域。由于光子晶体的光子局域特性，上述镜像边腔耦合结构的透射谱中形成两个相对独立的透射峰，通过测量两个透射峰的波长偏移量间接测量电压和磁场强度的变化。利用时域有限差分法，在各向异性的完美匹配层边界条件下对传感特性进行数值研究。结果表明：在电压范围分别为14~32 V和32~50 V时，电压灵敏度分别为0.65 nm/V和1.86 nm/V；折射率灵敏度和品质因子在14~50 V的电压范围分别为296 nm/RIU和3350，在10~40 mT的磁场强度范围分别为251 nm/RIU和2722，且磁场强度灵敏度为13.06 nm/mT。

具有宽带高吸收特性的吸收器是太阳能利用的关键。设计了一种含有抗反射层的基于二维光子晶体结构的太阳能吸收器,其中砷化镓(GaAs)作为吸收介质,被填充到具有四方晶格结构的二维光子晶体的钨(W)基底圆形空腔中。采用有限元法进行了模拟计算分析,结果表明,在300~2500 nm的波长范围内,吸收器的平均吸收率为92.5%,有效吸收率高达94.9%,入射仰角为50°时,有效吸收率仍有90.13%。该结构具有全太阳光谱高吸收、偏振不敏感和广角吸收等特点。研究结果为高性能太阳能吸收器的设计提供了参考。

研究了材料和基底的吸收对二维光子晶体的影响，采用传输矩阵法沿某一晶格方向对光子晶体进行分层，然后基于各层传输矩阵求解能带结构。研究发现，吸收使原来不存在带隙的频率上出现新带隙，而原有带隙则得到拓展，其中TE 波受吸收的影响比TM 波大.

提出了一种在二维三角晶格光子晶体线缺陷波导中放置椭圆空气孔的耦合腔波导结构。基于平面波展开法, 利用MPB对线缺陷波导的能带结构进行了计算并给出能带图。基于时域有限差分法(FDTD), 利用MEEP对椭圆空气孔在波导中的排列方式、数量、尺寸进行优化设计, 并对频率位于微腔共振频率处的光波在耦合腔波导结构中的品质因子和传输特性进行研究与比较, 给出了电场分布图。仿真结果表明, 当椭圆空气孔的长轴方向纵向排列时, 相应的微腔共振频率在光子禁带内可获得90%以上的透射率, 对应的品质因子Q可达104量级; 选择合适的参数, 获得的Q可高达107量级, 对应共振频率的透射率仍在60%以上。

通过optiFDTD模拟软件对二维椭圆柱构造的正方格子光子晶体的禁带特性进行了数值模拟。分别研究了在空气中椭圆介质(Ge,Si,GaAs)柱和在介质(Ge,Si,GaAs)中椭圆空气柱构造的二维正方格子光子晶体中椭圆柱的横轴半径和纵轴半径的大小,以及椭圆柱的不同旋转角度对光子禁带的影响; 并计算出了在上述两种情况下的空气和介质中的最优结构参数。

基于时域有限差分方法, 通过仿真计算设计了一种具有较高品质因子和传输效率的二维光子晶体耦合腔波导结构。通过改变二维光子晶体波导微腔结构中隔绝波导与微腔的空气孔的半径和数量, 在获得近似90%的传输效率的同时, 使得品质因子达到了8.20×104。为了使品质因子在大幅度提高的同时, 传输效率只有小幅度的降低, 在波导微腔结构中引入了链式微腔。将链式微腔结构与传统的波导微腔结构相结合, 使这种新形式的耦合腔结构的品质因子提高了1个数量级, 传输效率仅下降了约40%。

设计了一种二维光子晶体3-Y型4通道分束器,采用时域有限差分方法(FDTD)，从理论上计算了该器件4个通道电磁波的透射率。结果表明：当波长选择合适的值，该器件可以实现4个通道同时输出，而且能量近似相等。为了提高电磁波的透射率，可以通过在原来的结构上移去一些介质柱，并改变两个介质柱半径的大小来实现。当两个介质柱半径选择合适的值，可以禁止电磁波在通道1输出，同时让电磁波在通道2低损耗输出。