光子晶体具有许多特异的物理性质以及很好的控制光子的能力,因此在微光学与光集成等领域有着广阔的应用前景。论文在理论方面研究了一维与二维平板光子晶体的基本物理特性,提出了几种新颖的基于平板光子晶体结构的功能器件;在实验方面探索和改进了硅基平板光子晶体的制备工艺,自主搭建了无源平板光子晶体反射谱测试系统。本论文的主要研究内容和研究结果如下:1.建立了平板光子晶体的时域与频域数值模拟平台。为平板光子晶体物理特性研究和平板光子晶体功能器件结构设计与性能仿真的需要,建立了基于时域有限差分方法和散射矩阵方法的数值模拟平台。2.探索和改进了平板光子晶体制备工艺并建立了平板光子晶体测试系统。建立了稳定的硅基平板光子晶体制备工艺,能够制备出特征尺寸约200nm的平板光子晶体结构,样品图形均匀性好,表面和侧壁光滑,侧壁的倾斜角小于4o;同时,建立了无源平板光子晶体反射谱测试系统,该系统稳定性好,可测量的最小微区面积约为20μm×20μm(利用放大率为20×的物镜),测量的反射率绝对误差约为0.01。3.利用所建立的模拟与实验平台,系统研究了一维平板光子晶体的反射特性。在理论方面,从一维平板光子晶体的能带结构与本征模式出发,系统分析了一维平板光子晶体泄漏模与反射谱的关系,并详细讨论了一维平板光子晶体结构参数对反射谱的影响;在实验方面,制备和测试了SOI一维平板光子晶体样品,测试结果与理论结果吻合。这一部分的研究为基于一维平板光子晶体结构功能器件的设计提供了指导。4.提出和设计了几种基于一维平板光子晶体结构的新型频率选择器件。1)提出了带宽可调单层一维硅平板光子晶体滤波器,这类滤波器的带宽可以通过改变入射角度来实现动态、连续调节。2)提出了单层一维硅平板光子晶体宽带方向反射镜,这类反射镜工作带宽很宽而且入射角度容差较大,例如所设计工作在45o入射角附近的反射镜的相对带宽约为23.6%(反射率高于99%),其中心频率的角度容差约为21o。3)利用双层一维硅平板光子晶体设计出具有大角度容差的反射镜,在±15o入射角范围内,该反射镜反射率高于99.5%的相对带宽约为19.3%。5.提出和设计了结构非常紧凑的一维平板光子晶体偏振控制器件。1)设计了单层一维硅平板光子晶体偏振器,该偏振器透射率高于98%且消光比大于20dB的相对带宽约为20.4%。2)提出了单层一维硅平板光子晶体偏振分束器,当入射角为45o时该偏振分束器反射与透射消光比大于20dB的相对带宽约为14.1%。6.提出和设计了基于硅/二氧化硅一维平板光子晶体与二氧化硅/空气衍射光栅的新型光学单向器,该单向器正向透射率大于69%且反向透射率小于1%的相对带宽超过12.3%。7.提出和设计了由有源纳米线与二维硅平板光子晶体波导组成的硅基激光器结构。当有源纳米线放置在硅平板光子晶体波导表面时可以形成模体积很小且Q值很高的激光器;对光子晶体波导的结构进行微调之后,激光器的能量可以直接从光子晶体波导中输出,面内输出效率可以达到70%以上,而工作模式的Q值保持在3×105以上。