二维平板光子晶体微腔在垂直于平板方向上存在辐射损耗, 使得微腔品质因数不够大, 限制了其应用。结合光子晶体微腔损耗的傅里叶分析, 采用调整腔模空间分布的方法, 减少了波矢在辐射泄漏区域的分布, 进而降低了腔损耗, 实现了微腔品质因数的优化。针对L3 型二维光晶体微腔的结构设计, 对具体的L3 型光子晶体微腔优化进行了数值仿真, 仿真结果表明微腔品质因数得到了极大的提高, 验证了光子晶体微腔品质因数优化方法的有效性。

本文提出了一种能较大程度优化大口径晶体面形的夹持方案，同时分析对比了优化方案与常规方案下重力作用对 KDP晶体面形和三倍频转换效率的影响。研究结果表明：优化方案能极大的改善重力对 KDP晶体面形的影响；同时当基频光光强为 5.5 GW/cm2时，优化方案较之三种常规方案的三倍频转换效率分别提高了 6.2%、9.5%和 6.5%。

为了模拟不同光轴取向、光束发散角、晶体厚度或入射波长等参数下的单轴晶体锥光干涉，在 ASAP中定义起偏器、晶体、检偏器和接收屏的几何形状和光学特性，产生一组锥状高斯光束并设置其相干性和波动性，进行光线追迹、计算并显示接收屏上的干涉场能量分布。所得模拟结果表明，光轴与晶体表面垂直时，干涉条纹是 1组以光轴为圆心且被十字分割的内疏外密、明暗相间的同心圆环；平行时，是 2组分别以光轴的平行和垂直方向为对称轴的、内疏外密、明暗相间的双曲线；既不垂直也不平行时，条纹特征因光轴取向而异；当增大发散角、晶体厚度或减小波长时，干涉条纹都向内移动且条纹数增多，反之亦然；起、检偏器正交时的干涉条纹都和它们平行时的条纹互补。

在超大超薄 KDP晶体紧密装校过程中，由于夹持力与重力作用，导致晶体面形发生形变。本文提出了 KDP晶体全外围夹持方案，并对 KDP晶体垂直状态下的各种受力模型进行应变分析。理论分析结果表明：对称支撑与均匀施力对晶体面形影响较大；当满足对称支撑和均匀施力的情况下，上侧面四个胶钉施力小于 25 N时，能够满足在线物理实验要求。

根据傅里叶光学原理，研究了二维 Thue-Morse准周期光子晶体结构的格点形状对其远场衍射特性的影响。通过对二维 Thue-Morse准周期光子晶体远场衍射图案的分析表明，格点形状对低阶结构的衍射光场有明显影响，但不改变高阶结构的衍射光场分布，仅衍射精细结构的光强度有细微差别。为了证实数值模拟的结果，采用电子束刻蚀技术在聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA）基底上制作了纳米量级的圆形空气孔和方形空气孔的二维 Thue-Morse型准周期光子晶体，对其远场衍射的光学特性进行了实验观测，实验结果与理论模拟一致。

构造一种棱镜耦合一维光子晶体结构，利用传输矩阵方法对该结构中光的传输特性进行研究。结果表明：光在这种棱镜耦合一维光子晶体结构中传播时，会在光子晶体表面产生非辐射传播模，即表面波，而且在反射谱中表面波所在的角度位置、反射率的大小以及反射峰的半峰全宽受到一维光子晶体的介质折射率和介质厚度的调制。此外，表面波对应的角度位置对光子晶体最外端的环境折射率与厚度敏感，可以应用于高精度的质量传感。

从实验和理论两方面来研究了亚波长样品中周期变化时对透过曲线的影响。首先，利用聚焦离子束刻蚀方法和电子束直写系统制备了实验样品：正方和六角晶格空气孔及H-形空气槽。然后，研究了正方和六角晶格空气孔在可见光及近红外波段周期性对透过曲线的影响，证明表面等离子体对透过曲线的增强作用。测量了H-形空气槽在近红外波段的透过曲线，通过H-形空气槽的宽度和周期变化时，透过峰的位置和透过率都有明显变化的实验，进一步证明：表面等离子体对透过光增强起决定性的作用。理论模拟都是基于平面波的传输矩阵方法(TMM)，实验和理论模拟很好的结合起来。

提出了含有电光材料LiNbO3 的一维三元光子晶体结构，利用传输矩阵法，研究了在外电场作用下缺陷共振峰的波长可调谐滤波特性。在不改变光子晶体几何外形尺寸的情况下，通过改变施加于电光材料LiNbO3 上的外电场调节其折射率，使得带隙内产生的强局域、高透射、窄宽度的缺陷共振峰发生偏移，从而实现滤波器的可调谐特性。数值模拟结果表明，在近红外波段，缺陷共振峰随外电场的增加向短波长方向线性移动；同时，在固定外电场作用下，随着入射角度的增大，光子带隙将整体向着短波长方向平移，且带隙内的缺陷共振峰随之发生同步移动。以上这些特性，可应用于近红外波段的波长可调谐滤波器件中。

采用SPDT 方法加工获得的KDP 晶体表面所残留的小尺度波纹对其激光损伤阈值有着重要影响。利用时域有限差分方法(FDTD)研究了KDP 晶体已加工表面存在的小尺度波纹对晶体内部近场光强分布的影响。通过对数值模拟结果的分析发现：表面残留的小尺度波纹，会使晶体内部的衍射场发生畸变，导致晶体内部光强沿横向和纵向呈现周期性的强弱分布；当小尺度波纹周期小于0.7 μm 时，其对晶体内部光强的调制作用很小，此时光强以倏逝波的形式在波纹附近产生调制；1.064 μm 时相对光强达到最大值；3 μm 后基本保持不变，相对光强随着小尺度波纹幅值的增加基本成线性增长，不同周期时增长幅度不同。