随着半导体集成越来越接近极限，光子晶体在新一代光通信系统中的应用显得更为迫切。其优越的性能和特殊的色散特性为其在一个很小尺度范围内控制光和电磁波的传播提供了一个全新的途径，使得它可以有效地满足器件小型化和集成化的需求。光子晶体自准直效应是近年来才发现并开始研究的。本论文主要从光子晶体基本理论出发，在分析研究了光子晶体自准直特性的基础上，经过分析仿真提出和设计了基于自准直效应的新型二维光子晶体器件，并将全反射镜和自准直约束结构引入激光雷达系统中，经过分析，不仅实现了滤波和准直约束，而且为这类器件在未来光通讯中的发展应用提供了新的设计思路。论文的主要内容如下：1、从群速度出发，对光子晶体三种特殊效应：负折射效应、自准直效应和超棱镜效应进行了分析讨论。由于群速度方向总是垂直于等频线（面），所以当等频线（面）平坦时，群速度方向一致，光束就可以自准直传播。2、对光子晶体的三种数值计算方法：传输矩阵法、平面波展开法、时域有限差分法进行了推导，并分别介绍了它们的优缺点和适用范围。3、讨论了光子晶体的禁带特性，分析了晶体结构、填充比和介电常数对几种常用晶体结构禁带特性的影响，为下一步通过改变光子晶体的介质填充比、介电常数等参数来优化光子晶体的自准直传输特性打下基础。4、对光子晶体准直效应的产生进行了理论上的分析，并用FDTD方法对传输过程进行了模拟；分析了入射光的宽度、晶体结构宽度和随机性误差等三种因素对自准直传输的影响。5、在对自准直特性分析的基础上，设计出全反射镜和准直约束器件应用于三维激光雷达中，满足了其小型化和集成化的需求。