光子晶体是一种新型的光学材料,能完美地控制光波在其中的传播。研究光子晶体的结构及与光子的相互作用在基本物理和材料科学上均有重大意义。利用光子晶体能制作出各种性能优良的光器件,并且非常适合高度集成,在高速信息的处理和传输领域有极其广泛的应用前景。本文对光子晶体波导器件和光子晶体光纤的传输特性进行了深入的研究。第一章对光子晶体波导和光子晶体光纤的基本概念以及国内外的研究现状,特别是对它们的光学特性、制造工艺和应用前景进行了介绍。第二章介绍本文研究工作的理论基础和分析模型。首先推导了平面波展开(PWE)法计算光子晶体带隙结构的公式,然后建立了利用时域有限差分(FDTD)法模拟光波在光子晶体中传播的基本模型,最后建立了光子晶体光纤的波动理论模型并推导了标量求解该模型解的完整算法。在第三章中,利用第二章建立的物理模型,对光子晶体波导器件的性能进行了计算模拟。对直角转弯波导的模拟显示,实现了光波的无损耗传输;对平行波导耦合结构的模拟结果表明:仅经过12个耦合周期,耦合效率可高达98%。这些波导结构尺寸紧凑,传输耦合效率高,在光子集成器件中有很大的应用前景。第四章建立了全反射型光子晶体光纤的传输模型,并计算了该种光纤的模场分布、数值孔径、色散特性,并对某些结构参数的光子晶体光纤特性进行了模拟,对这种光纤的设计具有一定的参考价值。第五章对光子晶体光纤的应用进行了初步的研究,包括全波长单模光纤、大有效面积传输光纤、平坦色散光纤和大负色散光纤等。