光子晶体器件在高密度集成光通信中有广泛的应用，为解决光子晶体波导出射光场的空间控制，采用时域有限差分法分析光子晶体波导结构的缺陷传播特性，提出基于点缺陷优化波导结构，通过在波导出射口两侧加上点缺陷，出射光方向性有显著提高，实现三点光源干涉系统的光集束。模拟结果表明缺陷态越靠近能带结构中央，共振腔的耦合效率越高；相反，缺陷态越靠近能带结构边缘位置，则共振腔耦合效率越低，因此，选取禁带区域四分之一处对应的点缺陷，可以有效实现波导出射的光集束。

运用时域有限差分方法分析了二维液晶-金属光子晶体波导的光学特性。二维正方晶格金属光子晶体波导位于两个电极之间, 其背景介质为液晶。通过在电极上施加不同电压, 电场诱导液晶取向以改变液晶的折射指数从而改变光子晶体的带隙结构。数值计算结果表明：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金属光子晶体波导的光学特性进行调节, 该波导可用于制作光子晶体光开关等光学器件。

设计了一种采用金属材料的二维光子晶体波导。针对金属的色散特性，运用时域有限差分方法对3种 二维结构的90转弯波导的TM波传播特性进行了研究。给出了在合适的填充率下，转弯效率随周期变化的曲 线。最后对其中较优的一种结构作了进一步优化，使其3 dB时的带宽达到了99 nm，目标波长处的转弯效率达到了98.2 %。该结构 的主要参数为：晶格常数1.190 m，金属柱直径R=0.809 m。

为了制作可用于通信波段的二维硅光子晶体波导，研究了光子晶体波导的设计方法及制作工艺。应用平面波展开法计算了两种空气孔型光子晶体结构的TE波禁带，经筛选采用了三角晶格空气孔结构。同样利用平面波展开法计算了引入缺陷后二维三角晶格空气孔型光子晶体波导结构的TE波禁带，经对比发现归一化频率为0.295 7的缺陷态最适宜用来制备光子晶体波导，并据此设计了用于1.55 μm波长的二维三角晶格空气孔型光子晶体波导，其晶格周期为458 nm，空气孔直径为339 nm。对设计的结构参数进行了容差计算，结果表明误差在-3.95～5.65 nm方能满足设计要求。最后使用聚焦离子束刻蚀工艺，制作了所设计的波导结构，并进行了测试。测试结果表明，样品实际晶格周期为463 nm，空气孔直径为344 nm，比设计值大5 nm，在容差允许范围内，满足设计要求。