Fano共振是某些特定物理结构中存在的一种共振现象,它是由分立态和连续态发生相干叠加产生的。除了量子系统,Fano共振也广泛存在于光子晶体、电磁超材料、等离子体纳米结构等领域。相比于对称的洛伦兹共振线型,非对称的Fano共振线型的透射率能够在很窄的波长范围内急剧变化,因此可用于实现高性能的光学器件,如光学开关、滤波器和光学传感器等等。本论文主要围绕以下几方面展开:1. 本文设计了柱型正方格子和三角格子两种光子晶体Fano共振结构。两种Fano共振结构均由一个光子晶体腔与一个添加反射柱的波导耦合形成的。两种结构的腔都由三个介质柱组成。这种腔结构减少了光的散射并且提高了腔的品质和Fano共振的消光比。由于连续态的幅度受反射柱的影响,耦合距离影响腔与反射柱的耦合效果,因此,可通过优化结构参数,提高Fano共振的线型非对称性,柱型正方格子光子晶体Fano共振结构的消光比达到了62d B,插入损耗为0.32d B;柱型三角格子光子晶体Fano共振结构消光比为62d B,插入损耗为1.2d B。2. 对于在压力传感器方面的应用,分别研究了Ga As介质柱的柱型正方格子和三角格子光子晶体Fano共振压力传感器结构,压力的检测范围在0GPa-2GPa。柱型正方格子和三角光子晶体Fano共振压力传感器的灵敏度分别为9.15nm/GPa和12nm/GPa。3. 对于在折射率传感器方面的应用,也分别研究了Si介质柱的柱型正方格子和三角格子光子晶体Fano共振折射率传感器结构,其折射率的检测范围从1到1.01,两种结构的折射率灵敏度均为800nm/RIU,FOM*分别为2800和2900。4. 对于全光开关的应用,分别基于非线性系数为9′10^-17m²/W的材料设计了柱型正方格子和三角格子光子晶体Fano共振全光开关,对于柱型正方格子光子晶体Fano共振全光开关,其消光比、插入损耗和阈值功率密度分别为61d B,0.29d B,420W/μm²。此外,对于柱型三角格子光子晶体Fano共振全光开关,其消光比、插入损耗和阈值功率密度分别为40d B,1.4d B,41W/μm²。为了减少阈值功率密度,采用非线性系数为10^-15m²/W的石墨烯材料并且优化腔的结构,最终得到柱型正方格子光子晶体Fano共振全光开关的阈值功率为0.3W/μm²,此外,开关的开状态和关状态的时间分别为0.3ps和0.6ps。