光子晶体可以在微纳尺度上控制光子的传输,于是利用光子晶体来实现全光集成成为一个非常重要的研究领域。可调谐的全光器件是全光集成中的重要组成部分。基于Kerr型非线性光子晶体带边移动或者缺陷态移动的原理,可以实现全光开关、全光逻辑器件等可调谐全光器件。本论文在理论和实验上对光子晶体全光开关和全光逻辑功能器件进行了较为详细的讨论。　　 我们发展了可用于非线性光子晶体计算的非线性时域有限差分方法。该理论方法可以计算光子晶体的非线性透射谱、光场随时间的动态演化、全光开关的延时曲线等。利用该方法,我们系统地研究了基于缺陷态移动的光子晶体全光开关的非线性动态过程,详细讨论了光子晶体高品质因子微腔对泵浦.探测型光子晶体全光开关的响应时间、开关对比度和开关泵浦阈值能量的影响。我们提出通过把泵浦光的中心波长设置在低阶缺陷态的共振波长处,利用其在光子晶体内部的场增强特性可以进一步的降低全光开关的泵浦阈值能量,从而实现较低泵浦能量的全光开关。　　 我们还在理论上研究了非线性光子晶体与超短激光脉冲间的相互作用。一方面,我们研究了在强短脉冲下非线性光子晶体的自相位调制(SPM)效应。此时,入射的超短脉冲的脉宽仅有几个飞秒。在较强色散、光子带隙和较大三阶非线性的共同作用下,非线性光子晶体的SPM效应呈现出很奇特的现象:在光子带边出现“增强透射峰”,并且在改变样品长度、入射光强和入射脉冲的中心波长时,该透射增强峰一直存在,出现所谓的“钉扎”现象。另一方面,我们考虑了连续信号光、泵浦脉冲光和非线性光子晶体的相互作用。在该体系中,连续信号光的透射率受到周期性调制,产生超短脉冲序列。该脉冲序列经过后续放大有望形成超短激光脉冲。从而,该方法有望产生任意波段的超短激光脉冲,在激光物理中有着潜在的应用。　　 在实验方面,我们设计并完成了亚十飞秒量级的光子晶体全光开关实验。利用自行搭建的飞秒泵浦-探测系统,我们在三维Opal聚苯乙烯光子晶体样品中实现了响应时间为10 fs的超快光子晶体全光开关。该研究成果入选由《激光与光电子学进展》评选的“2009中国光学重要成果”。　　 最后,我们在聚苯乙烯基底上进行了光子晶体全光逻辑门的设计。在低折射率的聚苯乙烯薄膜上,我们先设计得到具有较大品质因子的光子晶体微腔,然后利用该微腔分别设计了与门、与非门、或门、或非门四种全光逻辑功能器件。该理论工作为我们今后的实验研究提供了有益的指导。