光子晶体波导(Photonic Crystal Wavcguidc,PCW)是构成下一代光通信器件的关键技术。但是由于PCW与脊波导间模式失配和几何尺寸失配,大大增加了光波的插入损耗,是PCW器件实用化的主要难题之一。本文从提高耦合效率角度出发,分别探究PCW、脊波导的模式特性、传输特性以及两者之间耦合匹配方式,以便实现低损耗、紧凑型PCW平面光波光路器件。 本文首先介绍了光子晶体基本概念,讨论了PCW与脊波导耦合问题。指出边界结构是耦合问题的关键,边界参数的设定极大影响了耦合时的光透射率。提出了基于时域有限差分的混合式遗传算法(FDTD-GA-MC),以便优化边界结构参数,同时对不同参数下的情况进行模拟分析。 接着,本文提出prony和pade算法相结合的频谱分析法,考虑到计算效率及算法特点,采用matlab和fortran两种语言编写了计算程序。与快速傅立叶变换(FFT)对比,进行了数值分析,验证该算法的有效性。针对四方晶格PCW和六角晶格PCW两种情况,提出了采用非线性边界的缓变结构模型。 在此基础上,本文确定了PCW与脊波导耦合边界结构参数,基于以上算法进行优化设计,采用余弦型边界结构实现了光波从脊波导模式到PCW模式的转变,提高了耦合效率。对于四方晶格PCW,以开口宽度为优化参数,分别仿真优化出耦合部分带/不带端面的脊波导与PCW耦合情况。对于六角晶格PCW,以开口宽度为优化参数,仿真优化出对光透射率的影响；从而仿真优化出波导通道单点缺陷位置和几何尺寸对透射率的影响。 最后,概要介绍了本文的主要研究成果并对本课题未来研究进行了展望。