与经典信息技术相比,量子信息技术在通信与信息处理方面具有极大的优势。光量子系统由于速度快、保密性高、操纵便捷、受环境影响小等优势,已成为量子信息发展的主要方向,是最有潜力实现大规模量子信息处理的物理平台。与集成电路中的二极管相似,光波单向传输器件可操控光子的传播方向,在光量子信息处理中发挥着重要作用。光子晶体由于光子带隙和光子局域特性,具有控制精度高、光损耗小等优势,有利于实现光波单向传输器件的微型化和集成化。目前,利用光子晶体实现光波单向传输器件的常用方法有方向带隙失配、微腔非对称耦合、模式转换和光子晶体异质结构全反射等。然而,通过上述方法获得的光波单向传输器件仍存在正向透射低、工作带宽窄、结构复杂等问题。本文针对以上现状,基于光子晶体禁带特性提出了一种漏斗型光子晶体波导模型,旨在设计出结构简单、高正向透射、宽工作带宽的光波单向传输器件。漏斗型光子晶体波导的提出为光波单向传输器件的设计提供了全新的理论依据与设计方案,可用于构建新型高度集成化的光量子芯片。本文主要完成以下几方面工作:（1）基于传统光子晶体波导,提出了漏斗型光子晶体波导结构。利用平面波展开法计算得到具有TE模和TM模完全光子带隙的硅基空气孔光子晶体,并引入线性缺陷形成了光子晶体波导与漏斗腔,得到漏斗型波导。设计了两种漏斗型波导结构:二级级联漏斗型波导与三级级联漏斗型波导,并分析了光波在两种波导中的传输特性。通过优化三级级联波导的漏斗壁类型与W2的宽度,得到了最优不对称传输特性的漏斗型波导,并对比了60°型漏斗壁下的TE模和TM模漏斗型波导的传输特性。通过数值计算可以发现,二级级联漏斗型波导对光波传输方向具有调制作用,出射光方向会发生上下偏折,方便了器件进一步的设计;三级级联漏斗型波导结构为打破空间对称性实现单向传输提供了一种全新的手段,为单向传输器件的设计打下基础。（2）基于新型的漏斗型三级级联波导结构,设计了带有点缺陷的漏斗型波导单向传输器件。分别设计了四种类型的点缺陷,利用时域有限差分法,通过计算不同位置不同类型点缺陷下的漏斗型波导结构的透射谱,优化选取具有最佳传输特性的单向传输器件。分析了单向传输器件的性能,利用模式转换的原理解释了器件单向传输的深层机理。最优结构在工作波长1550 nm处TE模偏振光正向透射率Tf、反向透射率Tb和透射对比度C分别为0.716、0.026和0.929,工作带宽B可达111 nm（1501 nm–1612 nm）,实现了较高的单向传输性能。（3）基于新型的漏斗型二级级联波导结构与自准直光子晶体,设计了漏斗型异质结构单向传输器件,此外,该器件亦具有分束功能。通过平面波展开法计算了硅基三角晶格空气孔光子晶体TM模等频线,分析了三角晶格光子晶体自准直效应,并模拟验证了光波在光子晶体中的自准直现象。通过等频线分析了异质结构单向传输原理,优化了异质结构异质界面。异质结构在工作波长1550 nm处TM模偏振光正向透射率Tf、反向透射率Tb和透射对比度C分别为0.71、0.006和0.998,工作带宽B可达215 nm（1444 nm–1659nm）,进一步突破了带有点缺陷的漏斗型波导单向传输器件的工作带宽,在自准直光子晶体中出现分束现象,可满足多功能使用的要求。