选取高品质因数的圆弓形散射元微腔构建耦合波导，通过改变散射元参数和耦合腔散射元平移等方法，得出光子晶体耦合腔波导结构的慢光变化规律，并实现很好平带下的极高群折射率。模拟结果显示，不同微腔个数的耦合波导，通过调整短轴/长轴之比和散射元平移等方式，不仅可以获得各种平带慢光曲线，还可以获得群折射率从4.10×104到1.35×105的超低慢光结构。

Silberberg等利用三芯耦合光波导的暗态现象,实验研究了非线性对相干布居囚禁量子效应的影响。 然而,对该三芯耦合波导中的非线性传输特征数值计算的研究表明,相干布居囚禁与光波导的非线性自囚禁 两种效应都可以导致波导中暗态的产生,当两种效应同时作用时,则导致暗态现象的破坏。因此,仅从暗态的 变化研究非线性对相干布居囚禁的影响是不完备的。在相干布居囚禁的理想条件下,非线性影响暗态的阈值功 率趋于无穷大,这意味着理想相干布居囚禁量子效应不受限于系统的非线性效应。

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。

分析了多光子晶体谐振腔的并联耦合模理论，并根据该理论设计了单通道光子晶体侧面耦合波导以实现光子晶体器件与光源间的高效耦合。理论研究表明并联谐振腔的耦合效率与谐振腔数量、间距以及品质因子相关。经优化耦合面积和耦合效率，最终选择了5个谐振腔并联作为单通道侧面耦合波导的耦合部分。通过设置谐振腔间距改变其对称性，从而实现侧面耦合波导的单通道传播。在1.55 μm工作波长下，单通道侧面耦合波导的耦合效率可达94.49%。

提出了在完整三角晶格光子晶体中引入两线缺陷构成的耦合型波导结构。通过分析谱带形对不同结构参数的依赖关系，在最优化的光子晶体耦合波导中，找到了一种独特的、群速近似为零的谱带。通过对波导宽度的啁啾实现了不同频率光的色散补偿，最终得到了带宽为13.24 nm、平均群折射率为28的宽带理想慢光，并进一步采用二维时域有限差分(FDTD)算法进行了验证。数值分析结果表明，高斯脉冲在耦合波导中传输后的相对时域展宽低于10%。

通过二维方形与二维三角晶格光子晶体光纤能带的对比，选取二维三角晶格作为研究对象。介电常数的周期性在光子晶体中可以形成特殊的光子禁带，进而控制光子的运动状态。基于此，提出了一种单线缺陷光子晶体波导结构，通过分析其含有线缺陷时的能带结构及其色散关系、对群速度的影响等，使其有效慢光区域的 GVD位于 105~106量级。通过动态变化介电常数和晶格半径，实现动态可调的群速度，可以将群速度动态调节到 0.1c以下，同时仿真验证了影响群速度改变的根本因素为缺陷带频率的变化。

利用光子晶体的自准直效应来调制耦合波导激光器的侧模，并用时域有限差分(FDTD)方法对五通道和九通道耦合波导激光器进行仿真，成功改变了模式的传播方向，使得相邻光场之间的相位差从π变为零。在两种耦合波导结构中分别获得了远场发散角为12°和7°的单峰，既兼顾了激光器的稳定性，又得到了高质量的光束。

提出了一种基于光子晶体耦合波导实现光开关效应的方法:将线缺陷引入二维光子晶体以形成两平行的邻近波导,两邻近波导及其中间的两排介质柱构成了光开关模型耦合区;利用平面波展开法计算了不同介质填充率情况下的色散特性。结果发现:减小介质填充率可以实现波导耦合长度的减小;分段调整中间介质柱的填充率和选择不同的耦合搭配长度,定向耦合器内的光波可以与任意分段介质进行独立、互不相干地耦合,光信号可以在两耦合波导中进行受控地、不间断地交替传输,从而实现了光信号沿两不同端口受控输出的开关效应。

暗态效应被广泛应用于量子信息处理。通过纤芯结构的设计,在三芯耦合波导中实现了该量子效应,并数值研究了非线性对暗态的影响。研究发现,在几个耦合长度内,当波导1中的输入为归一化功率等于1的低能量光脉冲时,波导2与3中没有光传输;当入射光的归一化功率增大到1 000时,波导2与3中依然没有明显光传输,且对比度超过4个数量级。然而,后者的非线性效应已很显著。计算分析表明,非线性效应本身即可在三芯耦合波导中产生暗态效应,实验观测到的暗态消失不能归结于“非线性对暗态成立条件的破坏”,更不能从暗态的变化来定量研究非线性对暗态的影响。