在微纳米尺度上控制光的传播行为是近年来光学研究的领域之一。随着微纳米加工技术的不断发展，光子晶体纳米梁结构重新引起了人们研究的关注。本论文主要对基于Kerr非线性材料的光子晶体纳米梁结构进行理论和实验的研究，以探求其在构建超快可调谐全光器件方面的应用。主要内容如下：　　 (1)基于时域有限差分的方法设计高品质因子的空气桥式聚苯乙烯一维平板光子晶体微腔。为了克服聚苯乙烯材料线性折射率小的缺点，基于传播模式的模式间隙的限制效应和慢光速有助于提高品质因子的设计原理，通过延长腔长，不需要对结构的参数做出太多的优化，就可以得到高的品质因子。模拟的结果可以达到20，000的数量级。　　 (2)设计了适合于实现超快全光开关的高品质因子的空气桥式聚苯乙烯光子晶体纳米梁微腔结构。模拟的结果显示，通过调制空气孔的周期而形成的微腔结构更有利于在短的微腔长度下实现高品质因子。利用泵浦-探测的技术数值模拟了聚苯乙烯纳米梁微腔结构的动态全光开关行为。　　 (3)实验上探索制备空气桥式聚苯乙烯平板光子晶体结构。利用聚焦离子束刻蚀和化学湿法腐蚀的方法，通过不断地尝试，摸索出一套工艺流程适合于制备空气桥式结构。扫描电子显微镜图像显示制备的空气孔阵列均匀和完整，结构与衬底之间形成明显的空气间隔。并且探讨了对结构进行光学表征的方法。　　 (4)利用时域有限差分的方法研究了硅-聚苯乙烯复合一维光子晶体结构的超快全光开关行为。在飞秒脉冲的泵浦下，虽然硅的响应时间只有纳秒的量级，但依然可以得到飞秒量级的开关时间。这主要归因于聚苯乙烯具有很强的克尔非线性和飞秒量级的响应时间，复合结构的响应主要由聚苯乙烯材料所贡献。　　 (5)理论设计了高品质因子的SOI光子晶体纳米梁微腔结构以及硅-聚苯乙烯复合光子晶体纳米梁微腔结构。研究了硅-聚苯乙烯复合纳米梁微腔的缺陷频率的移动与聚苯乙烯折射率改变量的关系。实验上探索制备硅-聚苯乙烯复合光子晶体纳米梁及微腔结构。利用电子束曝光，等离子体刻蚀和纳米压印的方法，摸索了一套制备结构的工艺流程，并对SOI光子晶体纳米梁结构进行光学的测量。