光子晶体是一种新型的光学材料,它是将不同介电常数的介质材料在一维、二维或三维空间内组成具有光波长量级的周期性结构。由于其独具特色的传光机理,人们对光子晶体的理论分析和实验研究产生了极大的兴趣。目前,对光子禁带特性的研究仍然是该领域的研究热点之一。本文介绍了光子晶体的发展,总结了光子晶体的研究现状,应用领域和设计制作。光子晶体的许多应用都是基于“光子禁带”特性。本文直接推导得出了周期性结构中光子禁带产生的数学依据。最终得出了一维周期结构的数学解的限制条件,证明了一维周期结构必然产生非连续解,该非连续部分即是光子禁带;且该非连续解解与介电常数比和填充比有关。本文分别运用平面波传输法和时域有限差分法对不同结构的光子禁带进行了分析,分析两种算法结果存在的差异。提出要减小设计与实际制作之间的差异,有必要在理论设计时将两种方法结合起来,对于禁带范围的确定,应尽量以两种方法的禁带的重合区域的中心作为实际禁带区域中心考虑。运用平面波展开法对各种情况下的禁带进行了仿真计算。结果表明:不同的晶格结构、介电常数比、填充比和柱体形状对禁带都会产生影响。特别是介电常数与填充比在一定范围内与禁带宽度成正比关系;柱体形状的微小差异也会引起禁带的明显改变。这些特性对光子晶体的设计具有明显的指导意义。采用了微带线方法来实现光子晶体结构。设计了微带PBG结构的周期尺寸,对影响禁带的各个因素进行了计算。通过对S参数仿真结果观察,发现微波波段的光子禁带同样受到第四章中各种规律的影响。选用了5周期结构的正方单元结构,制作成为微带光子晶体结构,进行了测量并分析了测量结果。测量结果与仿真结果符合较好,证明了仿真结果的正确性。