随着人们对通信的速度、容量、质量需求不断提高，以半导体器件为基础的微电子技术已经逐渐达到其极限，以光子为信息载体的全光通信技术将成为下一代通信技术的主角。利用光子晶体特有的光子带隙，可以实现对光场辐射和传播的精确操控。本论文利用光子晶体的光子带隙，实现了原子自发辐射的定向传播。要实现对光子的精密操控，首先必须制备合适的微纳光子器件。在各种微纳结构(特别是光子晶体)的制备技术中，全息印刷术以其高质量、低成本、大面积等优点成为人们研究的热点。全息光刻技术的关键是特定结构的微纳光学图案，特别是含缺陷光子晶格结构的合成。目前光场的空间合成技术，大多采用“直接”的光场空间合成方案，由给定的多光束特性确定整个光场的空间分布，但此方法对于复杂的空间结构往往无能为力。本论文研究利用生物进化算法，寻求空间图案的逆向自适应的设计方法，在理论与实验上快速获取所需的目标光场分布，可大大简化微纳光子器件的设计，降低制造成本，提高样品制备速度。建立的自适应光场合成系统不仅可以用于复杂空间光场的合成，还可用于其他光与物质相互作用的自动优化，光场相位的自动还原，光学目标自动跟踪等领域。论文对以上内容做了较深入的研究，共分为以下几个部分：　　 1.研究了基于相位控制的光场空间合成技术。在计算机中设计所需要的目标光场图案，根据实验中实时探测的光场分布，与目标图案比较，通过模拟退火(Simulated Annealing，SA)算法进行计算机数值控制，利用液晶空间光调制器(spatial light modulators，SLM)优化多光束的相位，自动获取所需的目标光场分布。在此基础上，利用感光材料记录所合成的空间光场以实现功能性光子晶体模板的制备。　　 2.研究了基于非线性频率转换的激光光束合成技术。利用自适应光场优化系统对BBO晶体倍频实验中光场的偏差和相位畸变实现了自动矫正，优化了倍频效率。同时利用非共线的多束激光在BBO晶体中实现了光束的合成及合成光强度分布的自适应优化。　　 3.利用相位控制多光束干涉法和数字微镜阵列(digital micro-mirror device，DMD)成像技术在向列型掺杂液晶中制备了微米量级实时可调光子晶格，研究了光场与液晶分子的相互作用机制及动态过程，利用所形成的可调谐光子晶格实现了对光场传播的调控。　　 4.研究了自组织生长的三维蛋白石和反蛋白石结构光子晶体的第一带隙和高阶带隙对荧光自发辐射的控制。在实验上观测到了光子晶体带隙对掺杂在其中的稀土原子空间发光具有强烈的方向性调制。通过计算光子晶体中方向态密度分布，并考虑结构不完美引起的散射，理论解释了自发辐射在光子晶体中的传播过程。