1、光子晶體是一種人工周期介質(zhì)結(jié)構(gòu)，在集成光學(xué)、全光通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。最近幾年，光子晶體的異常色散特性引起了越來越多的關(guān)注，成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，主要包括負(fù)折射、自準(zhǔn)直、超棱鏡等效應(yīng)。其中，自準(zhǔn)直效應(yīng)為控制光的傳輸提供了一種嶄新的方法，在集成光學(xué)中有著重要應(yīng)用。本文對(duì)光子晶體中的自準(zhǔn)直現(xiàn)象做了系統(tǒng)研究和深入分析，采用理論分析與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法，對(duì)光子晶體的可調(diào)自準(zhǔn)直、寬帶全角自準(zhǔn)直、偏振無關(guān)的全角自準(zhǔn)直以及寬帶自準(zhǔn)直亞波長(zhǎng)成像等

2、特性進(jìn)行了深入研究，提高了光子晶體的自準(zhǔn)直性能。并基于自準(zhǔn)直效應(yīng)，設(shè)計(jì)了多種分束器和光開關(guān)等光子晶體器件。本文主要完成了如下幾個(gè)方面的工作：
　　（1）從色散曲面與等頻線分析入手，系統(tǒng)研究了光子晶體自準(zhǔn)直效應(yīng)原理，討論了最大自準(zhǔn)直角與等頻線的關(guān)系。分析了自準(zhǔn)直虛擬波導(dǎo)的傳輸特性，并計(jì)算了入射角對(duì)虛擬波導(dǎo)傳輸性能的影響。
　?。?）提出并設(shè)計(jì)了自準(zhǔn)直光束的T型、Y型以及1×3分束器。首先通過在正方晶格光子晶體中引入一個(gè)V型空氣

3、隙，設(shè)計(jì)了T型自準(zhǔn)直光束分束器與1×3分束器。然后通過在三角晶格光子晶體中引入線缺陷，實(shí)現(xiàn)了自準(zhǔn)直光束的60°彎曲；并通過引入V型線缺陷，設(shè)計(jì)了Y型自準(zhǔn)直光束分束器與1×3分束器。目前自準(zhǔn)直光束的分束形式單一，設(shè)計(jì)的T型與Y型分束器，使自準(zhǔn)直光束有了更靈活的分束方式，以滿足不同情形的應(yīng)用。設(shè)計(jì)的1×3分束器可以將自準(zhǔn)直光束一次性分成三束，不但效率高于普通的兩個(gè)1×2分束器的組合，而且結(jié)構(gòu)也更緊湊。
　　（3）優(yōu)化設(shè)計(jì)了基于空氣環(huán)光

4、子晶體的自準(zhǔn)直光束偏振分束器。這種分束器可以通過選擇合適的內(nèi)環(huán)與外環(huán)半徑，更為便捷地調(diào)節(jié)TE模與TM模的自準(zhǔn)直頻率，提高偏振無關(guān)的自準(zhǔn)直帶寬，因而具有更高的設(shè)計(jì)自由度，在設(shè)計(jì)階段可以根據(jù)情況靈活地調(diào)節(jié)參數(shù)以達(dá)到最佳的性能。
　?。?）研究了基于液晶材料與電磁感應(yīng)透明材料光子晶體的可調(diào)自準(zhǔn)直特性，并設(shè)計(jì)了自準(zhǔn)直光開關(guān)。首先研究了液晶旋轉(zhuǎn)角對(duì)自準(zhǔn)直頻率的影響，并基于液晶光子晶體的帶隙可調(diào)性和自準(zhǔn)直特性，設(shè)計(jì)了自準(zhǔn)直光子晶體光開關(guān)。然后

5、研究了基于半導(dǎo)體量子阱電磁感應(yīng)透明材料光子晶體的可調(diào)自準(zhǔn)直特性，并設(shè)計(jì)了基于電磁感應(yīng)透明材料光子晶體的全光開關(guān)。
　?。?）成功實(shí)現(xiàn)了基于二維菱形晶格光子晶體的寬帶全角自準(zhǔn)直、偏振無關(guān)的全角自準(zhǔn)直以及自準(zhǔn)直亞波長(zhǎng)成像。首先計(jì)算了二維菱形晶格光子晶體的第一布里淵區(qū)及高對(duì)稱點(diǎn)，并對(duì)其平面波展開法做了詳細(xì)的推導(dǎo)。接著分析了菱形晶格光子晶體的帶隙特性，并討論了介質(zhì)填充率、晶格角對(duì)帶隙特性的影響。然后，基于菱形晶格光子晶體的獨(dú)特性質(zhì)，通過參