近年来,随着通信终端的不断发展,对带宽和速率不断提出更高的要求,电子材料的瓶颈日益增显。由于光子相比于电子不存在强相互作用,并且传输数据的速率更快,因此越来越多的人将目光投向光子领域。类比于电子半导体,不同的介电常数的介质周期性的排列,根据结构设计的不同,在空间中呈现一维、二维或三维的晶体结构并且这种晶体结构由于介质间的介电常数、折射率不同而对光波在其中传播的调制不同,从而展现出控制光波传播,这种晶体结构在光学器件研究领域中被称为光子晶体。由于光子晶体是由不同介质周期性排列构成,不同的介质使光子晶体具有两大特性,这两大特性分别是光子禁带（呈现出光子晶体对某一频率范围的光具有阻碍传播现象）和光子局域（当光子晶体中传播的光的频率和局域态的光子晶体处的频率相同时,光子晶体会将这一频率的光限定在这一位置,一旦光波偏离,其能量将会迅速衰减）,从而使利用光子传输数据成为可能。分束器是超密集成光路的重要设备,是光子多功能设备和系统的关键构成模块。近些年,基于光子晶体波导定向耦合、多模干涉效应的光分束器得到了深入研究,并且由于光子之间的波动特性形成的衍射极限使得解决光子晶体波导出射端光场控制变得尤为重要。由于光学器件应用于集成光路中尺寸必须足够小,传统耦合分束方式需较长的耦合距离,尺寸不易控制在较小范围内,本文从实际应用出发,首先设计了二维光子晶体不可控耦合型波导分束器,在此基础上设计了二维光子晶体可控耦合型波导分束器对前者进行优化设计,针对光子晶体波导出射端辐射能量损耗现象提出新的出射端结构改善光波定向辐射。本文中二维光子晶体可控耦合型波导分束器采用耦合区域增加可变介质柱的方式可使得耦合距离减小,在完整的光子晶体中引入直波导,并且在直波导的出射端设计成3个波导出射口,其中两侧出射口结构完全相同。利用时域有限差分法分析,结果表明:通过改变直波导间耦合区域的介质柱大小可实现控制光波功率分配的目的,从而实现了波导传输过程的分光比的改变。同时,为了解决光子晶体波导出射端光场控制,利用二维三角晶格光子晶体设计了一种新型光子晶体波导出射口结构。在二维三角晶格光子晶体波导出射端引入两个微腔,通过光波与微腔发生共振,形成类似于三个点光源干涉的出射光,同时进一步提出波导出射端喇叭口干涉出射光定向辐射的设计。通过这种微腔喇叭口设计,利用时域有限差分法分析表明光波实现很好的定向辐射,并且辐射距离显著提高。