光子晶体作为一种具有周期性介电结构的人工材料,由于具有光子带隙的特性而引起广泛关注。在完整光子晶体中引入线缺陷,形成光子晶体波导,可实现大拐弯处的低损耗甚至零损耗的能量传输。基于光子晶体波导的各种光电器件,由于具有体积小,易于大规模光电集成等优点而得到迅速发展。其中,光子晶体波导构成的定向耦合器是光通信领域中的重要光学元件,可以用来制作多种光电器件。本论文主要做了以下几个方面的工作:1.研究了二维三角晶格介质柱光子晶体中TM带隙与介质柱半径的关系,及二维三角晶格空气孔光子晶体TE带隙与空气孔半径的关系。计算得到了TM模在介质柱弯曲波导中的透射谱,及TE模在空气孔弯曲波导和TM模在空气孔直波导中的透射谱。为本论文中基于光子晶体波导的定向耦合型器件的设计提供了基础。2.在分析二平行光子晶体波导及三平光子晶体波导的耦合特性的基础上,研究了耦合区结构经过微调后的波导间的耦合特性。结果表明:耦合区结构的微调会改变各导模的干涉结果,从而引起光场在耦合区的重新分布。3.基于自映像理论,以五平行光子晶体波导和七平行光子晶体波导为例,研究了对称入射条件下,多光子晶体波导间的耦合特性。提出了一种实现光子晶体波导定向耦合型多路光均分的新方法。仅仅通过对称地改变耦合区中两个介质柱的有效折射率,使光场在横向发生重新分布,实现了输出能量的均分或自由分配。和已报道结果相比,此调制方法更为简单易行而且效率更高,在未来的集成光回路中具有广泛的应用价值。4.提出了一种调制光子晶体波导定向耦合型1×2分束器的输出能量比的方法。通过非对称地改变耦合区的一排介质柱的折射率,可实现输出能量比在一定范围内的自由调节,且分束器具有很高的总透射率。5.将两个二维空气孔光子晶体波导平行放置,两波导之间由三排空气孔相隔,构成一个定向耦合器。数值分析和模拟了TE(磁场平行于空气孔)和TM(电场平行于空气孔)偏振态光波在该系统中的传播行为。结果显示,减小耦合区两波导问的一排空气孔的半径,TE模的耦合长度减小,而TM模的耦合长度不变。基于此结构,设计了超微偏振光分束器,整个器件的尺寸为10.0688μm。这与已经报道的24.2μm的结果相比,该器件具有更小的器件尺寸和更高的输出效率,在未来的集成光回路中具有重要的潜在应用价值。