光子晶体是按照晶体的对称性制备的周期性介电结构,其基本特征是具有光子带隙结构。光子晶体的带隙结构由光子晶体的对称性、材料的介电常数和原胞的大小决定。光子晶体已成为近年来国际科学领域研究热点。光子晶体结构的复杂性,使人们难以对其做定性或解析分析,只能应用繁复的数值模拟。本论文采用的理论方法是时域有限差分方法(FDTD),该方法在电磁场数值模拟领域正受到越来越多的注意。它直接在时域求解离散化了的麦克斯韦方程组,能模拟任意几何形状的结构;它的另外一个优点是可以通过脉冲输入响应的傅立叶变换,一次计算出包含很大频率范围的结果。本文利用时域有限差分方法分析了光子晶体线缺陷的电磁特性,然后分析了线缺陷与点缺陷的耦合特性,并设计了一种能提高单频电磁波耦合效率的分频模型。在本文中所设计的器件其主要原理是多模干涉自映像效应,它可以简单地描述为:在多模波导自映像效应中,沿着波导的传播方向,将周期性地自复制出输入场的单像或多像。自镜像效应是多模波导中被激励起来的模式间相长性干涉的结果,多模干涉器的工作原理是基于Ulrich的多模波导的自镜像效应。通过这个效应,沿波导的传播方向将周期性地产生输入场的一个或多个像。基于此原理设计的1×2波分器:由单模波导不对称入射的多模干涉区的结构,数值分析光在多模干涉区传播过程中成像位置。利用导模传输法计算正像与镜像的位置设定输出波导位置。将二个或二个以上光子晶体波导平行邻近放置,可构成一个定向耦合器,根据自映像原理设计的1×N分束器:由单模波导对称入射的多模干涉区的结构,数值分析光在多模干涉区传播过程中成像位置。利用导模传输法计算出的第一个N重像的位置设定输出波导位置。