提出了基于二维光子晶体的具有偏振选择功能的横电(TE)和横磁(TM)波三等分功率分配器, 功分器结构构建于正方晶格的十字形光子晶体波导中。利用有限元法计算结构的性质, 利用Nelder-Mead算法进行了参数优化。结果表明, 在输入通道引入不同的偏振选择缺陷, 可使功分器具有偏振选择功能。对于TE功分器, TE波能够进入并在其中传输, TM波则不能进入; 对于TM功分器, 情况则刚好相反。在波导的十字交叉区域引入功率控制缺陷, 可使各输出端功率相等。合理选择参数, TE和TM功分器的总传输效率分别可达99.48%和95.53%。波长扫描发现两种功分器都可工作在相对较大的波长范围内。

采用全息光刻和二次显影的方法制备了柱形二维光子晶体.在此过程中, 二维点状的周期结构首先在正性光刻胶上直接形成, 然后经由Si3N4硬掩模转移到衬底材料上.利用二次显影的方法, 曝光强度最强和曝光强度中等区域的光刻胶能够被同时充分显影, 而曝光强度最弱区域的光刻胶则可以完全被保留下来.通过调节入射角, 可以方便地调节二维结构的周期.利用此方法, 在相对较大的面积上制备了不同周期的二维结构, 二维结构具有很好的均匀性和重复性.文章对有关的工艺参数进行了详细讨论.

设计了一种二维液晶调制光子晶体微腔光衰减器。两条二维三角晶格空气孔光子晶体波导由一个光子晶体微腔连接, 在微腔的点缺陷中填充苯乙炔类液晶。通过施加不同电压, 电场诱导液晶取向以改变液晶的折射率, 从而改变光子晶体微腔的谐振波长, 进而实现光传播强度调节。运用时域有限差分方法和平面波展开法分析了二维液晶调制光子晶体微腔光衰减器的光学特性。数值计算结果表明: 对于1.55 μm通信波段, 通过外界电场控制所填充的向列相液晶的方向可以对这种二维液晶调制光子晶体微腔光衰减器实现3.40%～99.58%的可调谐光输出。

提出了一种轴向填充率渐变型二维三角晶格方空气孔光子晶体, 由锥形孔周期性排布而成, 在第三维也就是沿空气孔的轴向, 空气孔的尺寸连续改变, 实现了填充率渐变, 填充率f范围为0.700～0.866。经过模拟, 在归一化波长(λ/a)的1.43～2.71和3.41～4.00波段, 轴向填充率渐变型光子晶体可以将光向填充率小的方向偏折, 具有选光功能。采用电化学腐蚀与MEMS工艺相结合的方式, 在p型(100)硅基底上制作了轴向填充率渐变型二维三角晶格方孔光子晶体, 整个孔的填充率f在0.800～0.866范围内。

根据介质的光弹效应,采用有限元法对二维光子晶体的能带特性进行分析。给二维光子晶体施加应力时, 由于构成二维光子晶体介质的光弹效应,引起介质的折射率变化,使得光子晶体的能带结构发生变化。详细分析了 外加应力变化对基于 Si/SiO 二维光子晶体能带结构特性的影响,结果表明,禁带的起始波长、截止波长及禁带宽度的 变化量与外加应力呈线性关系。

采用有限元法对二维光子晶体的能带特性进行了分析。当光子晶体所受的温度发生变化时, 由于构成二维光子晶体介质的热光效应, 引起介质的折射率变化, 介质的热膨胀效应引起介质厚度发生变化, 改变了光子晶体的晶格周期, 使得光子晶体的能带结构发生变化。分析了温度变化对二维光子晶体的第一禁带和第二禁带结构特性的影响, 各禁带的起始波长、截止波长及禁带宽度的变化量与温度呈线性关系。

采用平面波展开法和时域有限差分法, 对GaAs二维正方晶格光子晶体的色散特性和带隙结构进行了数值模拟研究, 并对GaAs二维光子晶体线缺陷构成的T型波导分支器的微波传输特性进行了模拟和优化。数值模拟结果表明, 光子晶体填充比对带隙结构有显著地影响。通过在拐角处插入额外的电介质棒对GaAs二维正方光子晶体T型波导分支器进行优化, 数值模拟的结果表明, 优化的GaAs二维正方光子晶体T型波导分支器在一阶带隙范围内透射系数将提高到0.96以上。

利用时域有限差分方法对二维三角介质柱光子晶体的传输特性进行了研究,计算了不同晶格、同一晶格柱体截面面积不同、放置方位角不同、入射波入射方向不同时光子晶体的传输特性。结果表明:光子禁带的宽度与中心频率和晶格结构有很大关系,三角晶格更易形成平坦光子禁带,柱体截面面积大,则形成的禁带较宽,在其他因素相同的条件下柱体放置的方位角在一定范围内对光子禁带有重要影响;对不同入射方向时光子晶体的传输特性的研究结果表明,在低频范围内，入射角对禁带宽度和中心频率没有任何影响，在高频段，透射率随入射角变大而降低。研究结果为实验上制作三角柱光子晶体器件提供了重要的理论依据。

针对用层状复合材料柱体构成二维光子晶体的这一设想，采用时域有限差分方法数值研究了多层复合介质材料在折射率、厚度、层数、组成次序等因素对组成二维光子晶体透射特性的影响。数值结果表明，透射谱中出现禁带宽度、中心频率所处位置都与单一介质组成二维光子晶体存在差别，特别是在多层环柱时变化更明显，因此在实际应用中，根据具体要求设计二维光子晶体比设计单一介质有更多的可调因素，为二维光子晶体的应用奠定了理论依据。