光子晶体对光子的操控已成为当今一非常重要的研究方向。其中，全光开关和全光逻辑门是全光信息处理中操控光子的最典型和最重要的光子器件，受到了广泛的重视。目前提高开关灵敏度和响应速度是全光开关研究中期望解决的两大关键问题。 本文主要研究一维光子晶体全光开关的灵敏度的提高、阈值的降低和稳定性的保障。主要物理方案如下： 在光子带隙中获得一个或多个锐透射峰和一个矩形透射峰，且这些峰对应的缺陷模频率的电场都局域在相同的缺陷层。用矩形峰作为控制光通道，锐透射峰作为信号光通道： (1)缺陷层折射率的微量改变就可使锐透射峰的共振频率发生明显改变而实现高灵敏地控制信号光的通断；而且矩形透射峰确保了在缺陷层折射率微量改变时该缺陷模中某些频率的电场局域增强的比例保持不变，可实现稳定控制。 (2)矩形峰内频率在缺陷层内的强局域使得控制光在缺陷层的非线性效应大大增强，从而大大降低了开关阈值。 根据以上提高光开关灵敏度、降低开关阈值的机制，本论文设计了一系列高灵敏度低阈值全光开关和全光逻辑门器件，它们的结构和工作机理的理论分析和数值计算相结合的研究结果综述如下： (1)提出了一种含耦合Fabry-Perot腔和周期性结构的一维光子晶体异质结结构，这种异质结的高反射带中有一耦合腔的矩形透射峰和一新型的很锐的异质结透射峰：而且耦合腔模和异质结模的透射频率的光的电场都将强局域在相同的缺陷层。以上述物理特性作为单通道全光开关的机理：以异质结模作为信号光通道，以耦合腔模作为控制光通道，采用较低强度的泵浦光激发祸合腔模来改变缺陷层的折射率，不仅能灵敏的改变异质结模的频率从而控制信号光的通断，而且能确保在缺陷层折射率改变时耦合腔模中的控制光反射和透射恒定，使控制光的电场局域强度不变从而实现稳定的控制。耦合腔模内频率在缺陷层内的强局域使得控制光在缺陷层的非线性效应大大增强，从而大降低了开关闽值。此机制设计的光开关可使所需最小折射率改变量低至10-4，最小控制光泵浦强度低至20mW／mm2。控制光和信号光之间的频率间隔在很宽的频率范围内可按需设计。此外，当信号光斜入射、控制光正入射时，又形成偏振全光开关，它能对信号光的两个偏振态单独控制；另外在同一结构还可实现控制光和信号光之间的频率间隔随着信号光入射角度的改变在很宽的频率范围内连续可调。 (2)当两个缺陷间距较小时其相互作用将使异质结模分裂，称劈裂模。已报道的是对称腔，我们设计了非对微腔耦合的结构，同时得到劈裂模和耦合腔模，且两模的透射频率的光的电场都将强局域在相同的缺陷层。基于此物理思想，把本来需要两个不同对称微腔结构光子晶体才能获得的两个劈裂共振模和一个耦合腔共振模，变成用同一光子晶体结构(由非对称微腔构成)就可在光子禁带中同时获得这三个共振模。以此原理和结构我们构建了低阈值高灵敏度且控制性能稳定的双通道全光开关、七种全光逻辑门(与门、非门、或非门、异或门、与非门、同或门、或门)和全光半加器、全光半减器。 (3)将上述成果中利用耦合Fabry-Perot腔得到对称耦合腔模的方法，以及利用非对称腔耦合得到劈裂模的方法相结合，在光子禁带中同时获得电场都局域在相同的缺陷层的一个对称腔耦合模和多个劈裂模，基于此原理和结构设计出一维光子晶体多通道低阈值全光开关。