基于传统光波导的器件由于尺寸较大和集成度不高一直困扰着光子集成。光子晶体这种能够操纵光子运动的周期性介电材料为实现光子集成回路(PICs)开辟了新的道路。光子晶体的周期为波长的数量级,光子晶体锐角波导可以实现低损耗甚至零损耗的光传输。同时多模干涉型光子学器件是PICs中的一个重要领域,本论文结合光子晶体波导和多模干涉耦合器的特性,研究了多模干涉型光子晶体波导耦合系统的特性及其应用。首先把多个光子晶体单模波导邻近、平行放置形成的波导系统视为多模波导耦合系统,采用导模传输法,分析和讨论了光场在非对称入射时该系统中的自映像原理,得到了出现输入场的正像或镜像的数值条件。多个本征导模能够近于简并,以近简并点附近的频率入射的光波的能量被高度局域在原输入波导的方向,实现了多波导之间的解耦合,解耦合频率维持在两耦合波导的解耦合点附近。设计并模拟分析了一种超短、低串扰的粗波分复用/解复用器件。分析了上述多模耦合系统中的对称性自映像原理。在三波导耦合系统中,通过减小耦合波导间调制区的有效折射率,显著地缩短受激发的两偶模之间的拍长,基于此设计了超短3dB光功分器。1.55μm的输入光功率仅通过1.2μm的长度就能被平均分配。该结构不仅体积超小,而且透射响应谱保持高透射和大带宽的特性。在三个以上波导组成的耦合系统中,通过改变耦合波导之间调制区的有效折射率而改变激发偶导模模场分布,实现耦合系统中的N(N＞2)重像横向重新分布。在横向位置直接输出通过调制的N重像,无需采用级连结构将输入光功率自由分配(包括平均分配)到多个输出端口中。即使输出通道数很大,依然可以获得超微结构和高输出效率。通道数达20时,1.55μm的输入光功率的分裂长度仅为35μm。理论研究了全内反射型光子晶体多模波导。当多模导光区的有效折射率大于环境折射率时,即使没有光子带隙,输入光场能依据全内反射和布拉格反射的联合效应而沿着多模导光区高效地传输。将多模波导等效为常规的三层平板波导,模拟结果证实了这种等效结构能有效地描述该结构中的多模干涉效应。结合利用光子带隙导光的另一种偏振模式,能用于设计新型偏振无关型的集成光子学器件。论文的研究为实现新型的具有优越功能特性的集成光子学器件提供了新的有效思路和方法,在未来的PICs中具有广泛的应用价值。