光的非互易传输是全光信息处理的基础,与具有p-n结的电子二极管非常类似,全光二极管（AOD）允许光仅在一个方向上传输,在相反方向抑制光传输,因而在全光计算、激光技术、全光信息处理等领域具有广泛的应用前景。理想的全光二极管不仅与半导体CMOS工艺兼容,而且应同时具有超高的传输对比度（定义为在相同条件下的正向和反向入射信号的透射强度比）、较大的工作带宽和高透射率。当前Fano共振广泛用于实现高传输对比度,然而,谐振增强型非线性二极管的工作带宽很小（通常小于0.005nm）,因此其应用受到限制。另一方面,在全光信号处理中,有时我们希望全光二极管的导通方向可以受控反转,以实现更为灵活的光操控。然而当前实现它的物理机制还很少,而且其可控反转只能针对不同频段的信号光,而不能实现同一信号光的受控反转。针对这些问题,我们从理论上和仿真实验上,提出了一种基于非线性光子晶体微腔和非对称波导的新型全光二极管,实现了较大的传输对比度（超过20dB）、较大的工作带宽（超过7nm）和较高的单向透射率（大于80%）的全光二极管,并且首次实现了对于同一信号光导通方向的受控反转。本文的主要内容以及研究成果简述为以下几个方面:第一章简要介绍了光子晶体的基本概念、重要的特性以及相关的应用,阐述了实现光非互易传输的主要方法和研究现状。第二章结合麦克斯韦方程组和光子晶体的电磁理论知识,文章介绍了平面波展开法和时域有限差分法（FDTD）,并重点介绍在2D情况下FDTD计算方法。第三章采用专业仿真软件搭建基于光子晶体微腔-波导非对称结构的全光二极管（其中光子晶体波导由一行半径缩小的圆形Si材料微介质柱形成）。在线性情况下,研究微介质柱的半径尺寸变化对波导透射谱的影响以及对前后波导与微腔之间的耦合系数的影响,从而对其结构进行优化设计,为后面研究非线性情况下的AOD铺垫。第四章利用非线性微腔-波导非对称耦合结构实现全光二极管。我们重点介绍了本论文研究所基于的理论——非线性时域耦合模理论,在光子晶体微腔当中引入Kerr效应,由于局域特性,使得非线性效应在腔内变得越来越明显,使得谐振腔当中折射率n随着光强I的不断增大而增大,这将导致微腔的谐振频率发生红移,不断地向长波长方向移动。为了使入射信号光与谐振腔的谐振频率发生共振,入射信号光的频率?应该需要略小于微腔频率?₀。在基于第三章优化设计的基础上,我们研究了在?_（16）等于?_（17）和?_（16）不等于?_（17）的两种情况下的透射光谱情况,首次提出了在相同波长下实现了工作的可逆AOD,这对于信号处理非常重要。经过仿真,我们获得了能够同时实现高透射率、高对比度和宽工作带宽的AOD。第五章利用相似的机制原理,我们设计了另一种微腔-波导非对称结构,通过不断调整腔壁与微腔之间的距离,使得前后波导与微腔之间的耦合系数形成显著差异,同样也实现了具有较高的透射率（平均透射率超过60%）、较高的对比度（接近20dB）和较宽的工作带宽（超过5nm）的全光二极管。