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。

狄拉克半金属是一种全新的拓扑量子材料, 因具有丰富而有趣的光学性质而受到人们的广泛关注。论文构建了基于狄拉克半金属Cd3As2、CdTe介质膜以及空气缺陷层组成的一维光子晶体, 采用传输矩阵理论模拟并揭示了光子晶体的反射率与透射率随温度、入射光波长以及入射角的演变规律。研究结果表明, 选择合适的结构参数, 光子晶体能够在中红外波段形成光子带隙, 随着温度的升高, 光子带隙的宽度逐渐变窄, 带隙波长范围内的反射率和透射率均逐渐减小; 当入射光为斜入射时, 随着入射角的增加, 光子带隙的带边和中心波长均发生蓝移, 对于p偏振光, 光子带隙的宽度逐渐减小, 而对于s偏振光, 光子带隙的宽度几乎不受入射角的影响。

波导偏振器是片上集成相干光学系统中的关键器件之一，超高消光比、低损耗、紧凑型波导偏振器的设计一直是研究的热点。基于绝缘体上硅平台的倾斜Bragg光栅被用于实现超高消光比波导偏振器结构。利用一维光子晶体能带理论分别计算TE和TM模式光的能带结构分布，选择TE模式禁带与TM导带重叠带隙设计光栅，可实现TM模式低损传输，而TE模式被Bragg光栅高效反射，从而产生超高偏振消光比。3D FDTD仿真表明：16 μm倾斜Bragg光栅波导偏振器可在中心波长1550 nm附近70 nm的带宽内，实现大于37 dB的超高消光比，器件的损耗小于0.64 dB；进一步增加光栅周期数，当长度为25 μm时，消光比可提高至46 dB。Bragg光栅倾斜角与刻蚀宽度偏差仿真表明：设计的结构加工误差容限较大，同时该结构仅需一次曝光刻蚀，工艺流程简单。

采用二维纳米材料作周期性排列设计了一种湿敏型一维光子晶体纳米结构, 并基于多层介质的传输矩阵光学特性, 研究了所设计传感结构的透射光谱的湿敏光学特性及其湿敏禁带特性, 以及在 TE 和 TM 两种光波传播模式下一维光子晶体能带结构的光子禁带与环境湿度之间的变化关系。结果表明: TE 模式和 TM 模式下, 在0%～100%的相对湿度变化范围内, 一维光子晶体具有显著的光子禁带, 且光子禁带的初始波长、截止波长及禁带宽度都随环境湿度呈二次方规律变化。