半导体纳米线激光器在片上光通信和光互连中有重要应用前景。受光学衍射极限的限制,纳米线激光器尺寸的进一步降低已经遇到瓶颈。光子晶体微腔能够阻止模式泄露,使光场限制在腔内。将纳米线与光子晶体微腔结合起来,是进一步缩小纳米线激光器尺寸、降低激射阈值的一种可行途径。本文基于光子晶体微腔的Ⅲ-Ⅴ族纳米线激光器展开研究,取得的主要研究成果如下:(1)采用时域有限差分法,理论研究了单根In0.53Ga0.47As纳米线激光器的模式特性、有效折射率、限制因子与阈值增益。随着纳米线直径增大,HE11和TE01模式依次出现。阈值增益曲线表明:纳米线激光器阈值随半径增大降低,且当纳米线半径小于250nm时,HE11模式阈值低于TEQ1模式;当半径大于250nm时,TE01模式的阈值更低,且在半径300nm时达到最小值,表明TEQ1模式更容易实现激射。(2)利用时域有限差分法设计了一种W1型光子晶体微腔,晶格常数a=466.8nm,空气柱R=0.32a=149.4nm,厚度 z=1000nm,空气沟槽宽度d=3 00nm。仿真结果表明该光子晶体可以实现对1550nm光的有效限制。(3)设计了一种基于光子晶体微腔的In0.53Ga0.47As纳米线激光器,对比研究了有、无光子晶体微腔纳米线激光器的模场分布和阈值增益。结果表明,在无光子晶体微腔时,随着纳米线直径减小,对光场的限制能力减弱、阈值增益提高,当半径小于140nm时无法激射;由于光子晶体微腔对模式的较强限制作用,基于光子晶体微腔的In0.53Ga0.47As纳米线激光器激射截止半径降至70 nm。