光子晶格相对于连续均匀介质体系而言,具有更为丰富的带隙结构以及衍射关系,进而通过它可以很好地调控光波在其中的传输行为。当在其中引入一定量的结构无序后,由无序而引起的光波的横向安德森局域效应将会发生。而对于一个完全非均匀随机介质体系而言,光波在其中传播时由于多重散射也会出现相应的弱局域效应——相干背散射效应。本文中,我们以一维波导阵列为模型,研究了光波在引入了一定量的结构无序的光子晶格中的横向安德森局域效应以及光波的折射特性等。随后我们在理论和实验上深入研究了由无序而引起的相干背散射效应的一个重要应用——非均匀随机介质中基于相干背散射效应的无透镜成像技术。在第一章中,我们简要介绍了与本论文相关的一些研究背景。首先,我们回顾了安德森局域效应的发展,其次我们给出了光子晶格中光波传输的一些特性。随后我们对完全非均匀随机介质中基于多重散射的相干背散射效应进行了介绍,并进一步对它的一个重要应用——无透镜成像技术进行了回顾,最后给出了本文的研究内容以及目标。在第二章中,我们研究了一维无序波导阵列中本征模式的线性和非线性演化行为。通过研究发现,在线性情况下,随着所引入的结构无序程度的增加,在给定波导阵列的带隙结构边缘,将会出现越来越多的局域化本征模式。在非线性情况下,起源于带隙结构不同位置本征模式的非线性无序模式在自聚焦或自散焦光学非线性下的演化趋势有很大差别。一方面是由于体系带隙结构的不同位置的不同衍射关系所引起的。另一方面,与非线性无序模式和体系本征模式之间的共振相互作用有关。在第三章中,我们进一步研究了当在上述结构无序波导阵列中的某根波导上引入一个给定的折射率缺陷后,在体系半无限带隙或者第一带隙中,缺陷模式的产生以及局域化性质。缺陷模式的局域化程度随体系所引入的结构无序度的变化关系与传统的安德森局域模式截然不同。当考虑到非线性效应时,缺陷模式的行为与非线性无序模式的行为类似。由于带隙结构不同位置衍射关系的不同,以及缺陷模式和体系本征模式的共振相互作用影响,有可能导致非线性下缺陷模式出现退局域化效应。在第四章中,我们研究了光波在一维无序波导阵列界面上的反常折射行为。与在均匀周期波导阵列界面的光折射性质截然不同,当激发无序波导阵列第一带中的本征模式时,可以观察到明显的反常折射行为。进一步研究可以发现,引入结构无序后,第一带中对应的本征模式的横向传播速度将会被强烈地抑制而趋于零,这样当光波只激发第一带模式时,光波在无序波导阵列体系中基本上沿着初始激发波导方向(即垂直于界面方向)向前传输。光波在无序光子晶格界面上的这种反常折射行为为光波耦合以及光束准直提供了有效手段。在第五章中,我们从理论和实验上深入研究了在非均匀随机介质体系中基于相干背散射效应的无透镜成像技术。理论上,我们推导并得到了这种无透镜成像体系对应的点扩散函数。实验中通过优化各项参数,如所采取悬浊液的固含量,微粒的粒径,介质与待成像图像之间的距离等,可以增强像的对比度以及分辨率。进一步,对于复杂图像而言,通过采用光子相关测量技术,像的对比度和质量可以得到很大的提高,这也促进了这种无透镜成像技术的进一步实用化。在第六章中,我们对本论文的工作进行了总结和展望。