介观光学结构中,基于表面等离激元的金属纳米结构和介电常数周期排列的光子晶体可以有效的局域和操控光,在微纳光子器件中有重要应用,是集成光学和全光通信的重要基础,引起人们广泛的兴趣。表面等离激元是电磁波照射到金属和介质界面上,使金属表面自由电子集体振荡而引起的电磁场模式。该模式的场强局域在金属表面,离开金属表面指数衰减,能够将光场局域在突破衍射极限的空间范围内并伴有局域场增强效应。光子晶体是由不同介电材料在空间周期型排列所形成的一种光子材料,具有光子能带结构,具有缺陷的光子晶体可将光局域到缺陷微腔内,由此可以很好的控制光的传输。本文研究了表面等离激元和光子晶体的光场局域特性,并由此实现了全光逻辑门、全光开关、电光滤波器、光子路由等微纳光学器件,在器件的小型化、高效率、可调节方面有所突破。　　表面等离激元模式的强局域效应非常有利于减小光子器件尺寸,本文利用等离激元槽波导中的线性相干效应,实现了微纳全光同或门、异或门、非门、或门四种微纳全光逻辑门。通过精确控制相位差,830 nm的连续入射光在波导中产生的准单色表面等离激元模式,确保输出逻辑态“1”和“0”之间的信号对比度达到24 dB,是已有报道的4倍。由于表面等离激元对光的有效局域,器件横向尺寸减小到5μm以下,达到已有报道的1/4。这些可集成的逻辑器件,性能稳定,结构牢固,不受环境影响,非常适合芯片集成应用,为构建全光逻辑器件和纳米光处理器提供了有效的方法。　　表面等离激元周期结构中同样具有禁带效应,这导致等离激元啁啾光栅中出现类彩虹囚禁现象。将由有机介电啁啾光栅覆盖在金膜上构成等离激元光栅,实现了一种可调的超宽带光子路由。扫描近场光学显微镜的测量结果表面,这种光子路由的工作带宽达到200 nm以上。光子路由的调节可以通过改变啁啾光栅的结构参数或使用泵浦光来实现。当槽宽从150 nm增至180 nm时,850 nm入射信号光在终端通道中发生0.5μm的迁移。　　另一方面,利用金属纳米颗粒的场增强效应,可以显著增强材料的非线性响应。将纳米金颗粒掺入 BaTiO3多晶薄膜中形成复合材料薄膜,并制备成二维光子晶体纳米平板,在其中实现了Fano共振的全光超快调节。纳米金颗粒和多晶BaTiO3的量子局域增强非线性效应,使复合材料的三阶非线性系数达到10-10 cm2/W。利用飞秒泵浦-探测的实验结果表明,在46 MW/cm2泵浦光激励下,Fano共振发生了25 nm的迁移,响应时间为32 ps。这对研究超快响应、低泵浦功率的全光开关、全光滤波器、全光二极管、全光逻辑门等集成光子器件很有意义。　　最后,利用时域有限差分法在理论上研究了光子晶体对光场的局域性质,提出了应用在通信波段的一系列光子器件。在理论上提出了一种由有机覆盖层、半导体光子晶体微腔所构成的复合微腔结构,在0.4 MW/cm2的泵浦光作用下可获得59％的开关效率,在保持微腔高品质因子值的情况下,突破了硅材料非线性系数小对硅材料全光开关的限制。同时,利用二维硅光子晶体中光束相干的效应,在理论上提出了全光或门、异或门、非门、同或门、与非门五种全光逻辑门结构。通过对光子晶体波导结构的设计,精确控制光程差,可以保证逻辑状态“1”和“0”之间的消光比达到20 dB以上。这种逻辑门不需很高输入光强,为实现集成全光逻辑器件提供了简单有效的方法。最后,我们在二维 BaTiO3光子晶体中模拟了一种电光调节多频滤波器。通过外加电压改变光子晶体材料的有效折射率,实现了可调的滤波特性。在54.8 V的外加电压作用下,滤波通道中心波长的连续可调范围达到30 nm。同时还分析了空气孔半径和位置无序对滤波特性的影响。这些结果,对于光子晶体微纳光子器件在红外通信波段的应用具有一定的指导意义。