光子晶体腔,是光子晶体中引入点缺陷而形成的结构。光子晶体腔拥有高品质因子,较强的光局域性及较小的模式体积,且已在激光器,传感器,上下载滤波器及全光逻辑门中得到了广泛应用。光子晶体微腔传感器可帮助诊断疾病,而光子晶体微腔逻辑门是未来光通信网络的基础元件。近期,研究者们提出了基于各种缺陷结构的光子晶体微腔传感器及逻辑门,但皆存在低灵敏度,低对比度及弱鲁棒性等不足。本论文针对基于光子晶体的高灵敏度传感器及强鲁棒性逻辑门的设计进行了研究。本论文的研究成果涵盖以下内容:1.使用时域有限差分法,计算了圆形光子晶体的上带隙频率、下带隙频率、带隙宽度及相对带隙宽度随空气孔半径的变化规律。圆形光子晶体的材料选取为几种光路元件中的常见材料:磷化铟、砷化镓、硅及锗。获得了较大的相对带隙宽度,获得了其对应空气孔半径。结果表明,基于几种材料光子晶体的带隙宽度几乎没有差别。2.基于圆形光子晶体,设计了一种高灵敏度传感器模型。使用时域有限差分法获得了传感器谐振波长,灵敏度及品质因子随其结构参数的变化规律,经权衡获得了传感器的最佳结构参数。分析了优化后传感器的性能,同时获得了其在空气背景下的H_z分量图与空气孔填充不同待分析物时的谐振波长。结果表明,传感器拥有极高的灵敏度。3.使用有限元法计算了旋磁光子晶体与普通光子晶体复合波导的超晶胞能带图且获得了边界态能带。计算了由旋磁光子晶体构成的两种不同波导结构的正反向传输效率之比。设计了基于旋磁光子晶体边界态的OR门,XOR门与NOR门。使用有限元法研究了OR门传输效率随插入完美电导体长度的变化规律,结果表明,OR门对不同输入通道的信号有较强的隔离效果。研究了XOR门与NOR门传输效率及对比度随结构参数的变化规律,且经权衡,获得了逻辑门的最佳结构参数。仿真了三种逻辑门在正常工作状态下的E_z分量图。结果表明,三种逻辑门拥有较强的鲁棒性。