借助半导体实现对材料电学特性的随意操控，人类进入了电子、计算机和网络交相辉映的时代。下一个注定要被征服的是光学特性，近二十年来迅速发展的微纳光子学，就是试图通过光子晶体和表面等离子激元等概念来实现这一目标。在当前，主要任务是认识和掌握光子晶体和表面等离子激元的奇异物理特性，开发高效率的微纳光子器件，发展高密度集成光路和全光信息处理系统。在此背景下，本论文围绕光子晶体缺陷微腔和表面等离子激元微腔开展研究，重点放在微腔的线性和非线性耦合特性及其潜在的器件应用。论文具体研究了光子晶体缺陷耦合特性的相移调控、非线性光子晶体缺陷的二极管效应、非线性光子晶体缺陷对于泵浦激励的动态移动效应、以及局域化的表面等离子激元模式的共振透射和双稳态特性。论文共有六章。　　第一章前言。主要综述国内外在光子晶体缺陷微腔和表面等离子激元微腔方面的研究状况，特别关注了一些重要的光学微腔器件的最新实验结果。同时也简要说明本论文工作开展的意义，以及在研究过程中所采用的方法。　　第二章线性光子晶体缺陷的耦合。主要从耦合模理论(CMT)分析和转移矩阵法(TMM)模拟计算两方面，研究光子晶体双缺陷耦合和缺陷耦合波导的透射特性，研究如何使缺陷耦合波导能够拥有准平滑的透射谱以便能无畸变地传送超短脉冲信号。最后从CMT基本方程出发，根据布洛赫定理推导出缺陷耦合波导的色散关系，讨论了相移在波导色散关系中的作用。　　第三章非线性光子晶体缺陷的单向透射性。首先对单缺陷结构进行时域有限差分法(FDTD)的模拟实验，展现由连续波信号本身所诱导的单向透射现象。接着根据CMT基本方程推导单向透射性的定量关系式，分析了产生二极管效应的物理原因。最后针对单缺陷结构透射对比度不高的问题，系统地研究了如何通过短脉冲辅助方式以及设计各种缺陷耦合结构、在不降低正向透射率前提下有效地提高透射对比度。　　第四章非线性光子晶体缺陷的动态移动效应。主要研究非线性光子晶体原子在泵浦激励下的响应特性。通过FDTD模拟实验和理论分析，揭示了在泵浦源分别是连续波和短脉冲情况下由于缺陷模的动态移动所造成的光子晶体原子频谱展宽的规律。在此基础上，利用微扰近似方法推导了连续波激励下的缺陷模移动公式，详细讨论了动态移动效应对非线性光子晶体缺陷的透射双稳态特性的影响。　　第五章表面等离子激元的微腔耦合特性及其应用。以金属表面亚波长凹槽(浅沟)的耦合结构为模型，研究局域化的表面等离子激元模式通过渐逝波方式的共振透射。通过对FDTD模拟实验和CMI’理论分析两方面结果的比较，揭示了不同耦合程度下凹槽耦合结构的透射谱变化规律。另外，根据CMT基本方程推导了存在内部损耗的缺陷侧耦合结构的非线性透射率公式，分析了金属损耗对此类结构双稳态特性的影响。　　第六章结论与展望。对本论文内容进行总结，列出了本论文取得的主要创新性成果，提出了后续可以开展研究的方面。