光子晶体独特的能带结构以及由此导致的奇特电磁特性使其成为近几十年来一直备受关注的热点研究课题。作为其中一种具有动态可调性质的光子晶体,亚铁磁性材料构成的磁性光子晶体不但继承了普通介质(或金属)光子晶体的能带特点,还具有某些独特的电磁特征。这些特征包括:磁共振导致的负磁导率,负磁导率产生的磁表面等离激元和负折射,时间反演对称性破缺所带来的非互易性等。特别是近十年来随着Metamaterials和光量子效应研究的不断深入,一系列基于这些特征的新奇现象也相继被发现,如超透镜、电磁量子霍尔效应等。有关磁性光子晶体的研究已逐步发展成为一个较完善的、具有重要理论研究价值和广阔应用前景的体系。针对亚铁磁性光子晶体,现阶段的研究关注的焦点主要在微波段,在这个频段磁性材料的性质将会使磁性光子晶体具有可观的各向异性、磁可调性质、较高的响应速度和电阻率等优点。目前亚铁磁性光子晶体已经在电子工程、电磁通信、医疗等多个领域表现出了巨大的应用潜力。本论文从实验和应用的角度出发,紧跟目前此领域的研究前沿,着重研究了磁性光子晶体中电磁波的类量子霍尔效应、单向传输、磁表面等离激元效应以及左手传输等特性,取得了以下几个方面的研究成果:(1)研究了可类比电子整数量子霍尔效应的电磁手性边缘态,首次在实验上实现了完全自导的电磁手性边缘态,并观察到了由此边缘态导致的电磁波单向传输;(2)研究了由磁表面等离激元共振激发的手性边缘态,发现了磁共振手性边缘态与边界形貌无关,用此特点首次提出并实现了具有任意形状的亚波长单向传输波导,这一研究成果具有重要的应用价值;(3)实验研究了磁性可调左手材料,设计制备了基于磁性材料/金属线嵌套阵列的左手材料,在实验上给出了磁性可调左手材料的第一个直接、明确的实验证据,论证了磁性可调左手材料的理论;(4)系统地研究磁性光子晶体带隙的形成机制、特点,分析其对电磁波传播的调控作用。本论文主要研究内容安排如下:第二章系统地研究了磁性光子晶体的能带结构,重点分析了自旋波Spin共振和Mie散射共振与Bloch波耦合激发起的Spin带隙和Mie带隙的特点。研究了结构周期、占空比、外加偏置磁场、晶格点阵等因素对带隙的中心频率和带宽等性质的影响。实验上首次较为完整地测得了磁性光子晶体的Spin、Mie以及Bragg带隙,并验证了结构周期等因素对带隙的影响。第三章侧重研究了磁性光子晶体中电磁的类量子效应,实现了自导的电磁整数量子霍尔效应。通过研究时间反演对称性破缺和空间反转对称性破缺对光子晶体Dirac点退化带隙的影响,设计制备了二维具有蜂窝点阵的磁性光子晶体,首次在实验上验证了完全自导的电磁手性边缘态。在这种状态下,电磁波只能向一个方向传播;不会产生背向散射,对边界缺陷不敏感。不同于以往的工作,这种类Graphene结构的磁性光子晶体组成的系统不需要任何具有能隙的限制层(金属或光子晶体)来约束电磁波的空间辐射,可以更直接类比于电子的整数量子霍尔效应。第四章研究、构建并实现了基于磁表面等离激元的电磁单向模型。研究发现以Mie共振频率为分界线,高于和低于Mie带隙中存在两种不同的表面模式:一种只支持电磁波的单向传播,背向完全截止;另一种激发起正反方向同时传播的非互易模式。实验证明了单向传播模式的存在,提供了不同于电磁霍尔效应的另一种实现电磁波单向传播的机制。区别于电磁霍尔效应的手性边缘态,磁表面等离激元产生的边缘态与晶体边界形状无关,可以构建具有任意拐角的亚波长波导。第五章研究设计了一种铁氧体圆柱阵列和金属线阵列嵌套而成的人工电磁材料,通过参数反演和电磁仿真理论证明了这种材料在某一频段具有磁可调的左手材料性质。进一步实验验证后发现该左手材料的性质表现为传输谱中的奇异传输峰,随着外加磁场的增加,该传输峰向高频移动,表现出很好的磁可调性质。