近年来,随着光通信和光电子学的快速发展,人们对于光电器件集成度的要求越来越高,半导体纳米材料由于其特殊的电、光、应力应变等性质及尺寸的缘故,受到科学家们广泛地研究。半导体微纳制备工艺的日趋进步使得量子点、纳米线和光子晶体的应用成为现实,纳米材料由于其量子限域效应、尺寸效应、量子隧道效应和表面效应表现出与宏观材料截然不同的性质,为新一代光子信息处理和微型光电器件提供了更多的可能性。在光子通信中,前提是解决单光子源的问题。目前所设计的光源由于设计的精度和复杂性很难达到发射理想的单光子,而量子点单光子源具有极高的稳定性,高的振子强度和较窄的谱线宽度等特点,具有非常重要的研究价值。本论文首先从研究量子点的发光机制入手,研究了一种椭圆形纳米线结构对自发辐射偏振方向的控制,根据珀赛尔效应,对量子点周围电磁环境的开发可以有效地控制自发辐射,这种椭圆形截面纳米线结构可以使从纳米线顶端发出的光子只存在单一方向的极化方式。本论文分析了二维情况下电磁场模式的分布,然后建立了接近实际情况的三维模型,理论计算表明在较大的频率区间内收集到单一偏振模式光子的比率高达90%以上,在960nm处高达95%,这种纳米线结构可以代替更为复杂的光子带隙材料。我们对于这种纳米线结构的研究为光子偏振方向的控制提供了理论指导,对于实现高强度的具有明确极化方向的单光子源具有重要的意义。本论文然后利用有限元法分析了二维光子晶体平板波导对量子点自发辐射方向的控制,由于光子晶体的带隙特性使得处于带隙频率的光子无法在周期性的介质材料中传播,因此可以有效地把光子限制在波导缺陷处。研究表明TE模式的光子在平面内几乎全部耦合在波导中,具有很高的波导耦合效率。接着通过改变光子晶体波导宽度,研究了其对于提高光耦合传输效率和减少辐射模式的影响。最后,设计了单方向传播的光子晶体波导模型,研究发现由于光子晶体的反射造成的光子损耗很低,因此这种结构对于实际中收集光子具有更大的价值。我们的仿真研究对于量子点单光子源的设计以及新型光子器件的制造都具有一定的理论指导作用。