光子晶体(photonic crystals,PhCs)是介电常数在空间中呈周期变化的人工材料,其空间周期与光波波长在同一数量级。过去人们主要研究具有禁带的光子晶体的一些性质。在禁带中,没有模式存在。通过引入线缺陷,可在光子晶体中形成一个波导。近年来,光子晶体自准直效应的发现提供了一种新的导光机制。它是基于光子晶体导带内特殊的色散关系,使得原先在空间发散的光束在光子晶体内部成为平行光,抑制了光束的发散。这样在不引入线缺陷的情况下,沿着某些方向传输的光束可以克服衍射展宽效应,而表现出几乎完全准直的传输特性。　　 自准直现象是基于存在平直的等频率曲线。然而,由于通常等频线的平直部分范围比较窄,已有文献报道的自准直光束都比较宽,且光束不被具体的物理边界约束,这在一定程度上限制了自准直效应的实际应用。在本论文中,通过研究等频率曲线在整个第一布里渊区都是直线情况下的光传输,发现自准直光束也可以是窄光束并实现限域。我们基于Bloch定理和场分布的傅里叶变换对这一现象给出了物理解释。由于在实际的制作过程中,不可避免地会在光子晶体中引入误差,我们分析了半径和位置的随机误差对限域自准直现象的影响。此外,基于这一限域的自准直现象,我们进一步设计了包括任意角度弯曲结构、分束结构和交叉结构的光互连器件,以及包括Fabry-Perot干涉仪和环形滤波器的谐振腔器件。这一现象以及一系列基础的结构单元在操纵光束和集成光器件等方面有潜在的应用价值。