An optical delay line of coupled resonator optical waveguide (CROW) compensated by photonic crystal waveguide (PhCW) is proposed. In the structure, etching the periodic holes around the waveguide of the ring resonator waveguide does not increase the size of the CROW. Theoretical studies and numerical models indicate that through careful design, CROW and PhCW exhibit different group velocity dispersion (GVD) properties at a certain frequency range. Optical signal can not only be compensated in terms of GVD, but can also be delayed with longer time period. Due to the propagation mode mismatch of the two structures, optical loss becomes inevitable.

基于法布里珀罗(F-P)腔理论建立了一种简单有效的硅绝缘体(SOI)光波导损耗测量方法。该方法采用端面耦合，通过测试波导反射功率谱并利用傅里叶频谱信息，完成波导损耗的测量。推导中指出了无法直接利用反射谱F-P峰峰谷值求解损耗的限制因素。应用该方法实现了对刻蚀深度为750 nm和宽度为1200 nm的SOI脊形波导损耗的测量，表明该测量方法能够对小尺寸、低损耗波导实现较高精度的损耗测量。

散射矩阵方法是一种基于频域的研究方法。将散射矩阵方法用于亚波长周期性金属小孔结构的透射特性研究。以金属铜薄板为研究对象，薄板刻蚀方格子光子晶体空气圆孔；用洛伦兹德鲁德(Lorentz-Drude)模型来表征铜的介电常数ε；对不同的薄板厚度、周期大小和空气孔孔径的结构进行透射谱分析。并与时域有限差分方法计算所得结果相对照，二者吻合较好。仿真结果表明，如果在金属薄板上刻蚀亚波长周期性空气孔，原本不能透射光波的金属薄板将会出现异常透射现象。这是由周期性金属小孔中表面等离子波子共振导致的结果。用散射矩阵方法与时域有限差分方法分别基于频域和时域进行仿真，二者相互验证，从而可以有效地检验结果的正确性，进而减少以实验来验证时域有限有限差分仿真结果的成本，增强仿真能力。

利用单层亚波长硅光栅结构设计出工作在近红外波段的偏振分束器。该偏振分束器在45°入射角附近对TE偏振光具有很高的反射率同时对TM偏振光具有很高的透射率，其设计原理是基于亚波长光栅的泄漏模共振效应以及类布儒斯特效应。利用散射矩阵方法和时域有限差分方法对偏振分束器进行设计和分析。模拟结果显示，该偏振分束器在1390~1600 nm的波长范围内的反射与透射消光比大于100；同时该偏振分束器具有相对较大的入射角度容差，在有限尺寸高斯光束入射下能保持很好的性能。

利用泄漏模共振效应以及等效介质理论设计出工作在近红外波段的一维亚波长硅光栅偏振器。采用散射矩阵方法和时域有限差分方法对结构进行设计和优化,模拟结果显示在正入射条件下,该偏振器在1 284~1 575 nm波长范围内的消光比大于100(20 dB),而TM模的透射率高于98%。同时对该偏振器的角度特性以及制备容差进行了讨论,计算结果表明该偏振器具有较大的角度与制备容差。

亚波长光栅具有特殊的反射特性,可以用于各种光器件的设计。利用时域有限差分方法(FDTD)和散射矩阵方法计算了亚波长介质光栅的能带结构、本征模式以及反射谱。模拟结果显示:光栅反射谱中的共振峰是由光栅的泄漏模式引起的;在正入射和斜入射条件下,外部入射场所能激励的光栅的模式不同;通过控制光栅本征泄漏模的频率和Q值可以控制反射谱线型。实验利用电子束直写以及反应离子刻蚀等方法在绝缘体上硅(SOI)晶圆上制备出亚波长光栅结构,实验测量所得光栅的反射谱线型与模拟结果吻合得很好。

设计和制作电激励光子晶体微腔激光器的一个困难是电流的注入问题, 而且电流的路径时常会导致微腔的Q值降低。将三维并行时域有限差分方法用于电激励光子晶体单缺陷激光腔研究, 给出了微腔的本征模式分布。根据模式特点, 选择单极子模式作为研究对象。数值模拟表明, 在保持C6V对称性条件前提下, 微调最靠近微腔中心的6个空气孔的位置使得单极子模式的光场分布在腔边缘发生缓慢变化可以将单极子模的Q值和Purcell 因子提高大约7倍。即激光器阈值可以降低7倍。

构建了用于高性能并行计算的PC机群环境，将基于此机群环境的三维并行时域有限差分算法用于光子晶体薄板W3波导传输特性研究．性能分析表明：对于大规模问题，机群并行FDTD算法能够获得较理想的加速比．具体计算了W3波导的透射率频谱和光场分布．结果表明：光子晶体薄板W3波导能够实现光的三维约束，其导带中存在着微小禁带(mini－gap)．

将时域有限差分(FDTD)方法用于非惯性坐标系下光子晶体理论研究,给出了非惯性坐标系下的差分方程和理想匹配层(PML)边界条件。设计了一个包含闭合环行腔和定向耦合器的光子晶体结构。定向耦合器的耦合长度为43a,这样的耦合长度既保证了闭合环行腔的高Q值,又保证了必要的频率分辨力。理论计算表明:光子晶体转动时,闭合环行腔里顺时针与逆时针方向传播的光有频差产生,此频差大小与光子晶体的转动角速度有关。

采用时域有限差分(FDTD)方法,研究光在含点缺陷(即微腔)和线缺陷(即波导)的光子晶体中的传输特性.计算结果表明,处于光子晶体禁带的光能被局域在光子晶体波导中传输.而具有特定本征共振频率的光子晶体微腔可将在其附近波导中传播的相应频率成份的光下载到微腔中,不同结构的腔可以"下载"不同频率成份的波.以上计算结果,可用于光子晶体上/下载滤波器的设计.