光子晶体由Yablonovitch和John于1987年首次提出,是指由两种及以上介电常数不同的介质经过周期性排列构成的电介质材料。光子晶体具有的最重要的两个特征为“光子带隙”和“光子局域”,根据这两个特征,在光子晶体禁带频率范围内引入点缺陷和线缺陷构建出微腔、环形腔和波导,通过耦合设计出集成度高、尺寸小、损耗低的光子晶体光学器件。本论文利用波导与微腔的耦合,设计出光信号输出效率高,并且具有滤波、单向传输功能的光子晶体滤波器。本论文采用二维正方晶格光子晶体结构,利用COMSOL Multiphysics有限元软件对光子晶体滤波器结构进行设计仿真,并绘制滤波器的滤波输出效率分布图。首先,设计了一种新型的光子晶体波分复用器。通过波导与四个不同参数的微腔进行耦合,实现了1530 nm、1555 nm、1580 nm和1605 nm四波长的波分解复用功能。结果表明,该器件仅通过调节微腔介质柱半径就可实现四个波长平均透射率约为93%的高效输出,适用波长间距短、器件尺寸小,在光通信中具有潜在的应用价值。其次,基于光子晶体中缺陷模与波导模的对称匹配性设计研究了一种新型光子晶体单向传输结构,该结构由一个包含椭圆介质柱的点缺陷、一个通过移除一排介质柱形成的单模波导及一个通过移除一排介质柱后并将其邻近的两排介质柱往外移动形成的多模波导组成。其中,点缺陷态包含四个不同的本征频率及其对应的四种模场对称性。结构中采用点缺陷模与波导模之间的对称匹配性,就可以实现频率为0.4171 c/ɑ对称/反对称光信号的透射率均大于90%的单向传输。这种结构可以应用在实现光信号单向传输的器件,例如光二极管。最后,在已设计的光子晶体单向传输结构的基础上,在结构中添加一个单模波导,同样的根据点缺陷模与波导模之间的对称匹配性,可以实现点缺陷两本征频率0.4332 c/ɑ,0.4380 c/ɑ分别从某一个单模波导滤波输出并且透射率分别为84%,96%。