太赫兹(Terahertz,THz)技术是近二十几年来随着其产生机理、检测技术和应用技术发展起来的,处于红外与微波辐射之间的一种新型技术。由于THz本身具有一些独特优点,如THz谱包含丰富的物理化学信息,以及THz脉冲的瞬态性、宽带性、相干性、低能性等特征,在很多方面如物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文、移动宽带通信等方面具有一定的应用前景。而折射率周期变化的介质材料组成的具有光子禁带的光子晶体可以制造出多种性能优越的器件,如光子晶体滤波器、反射器、开关等,而且能够根据需要进行合理的引入缺陷或改变结构,具有一定的可调节性。这种光子晶体的结构同样也适用于THz波段,而且在THz波段具有一定的优势,因为THz波段的光子晶体结构跟光学波段的光子晶体相比在制作上容易很多,同时跟微波波段的光子晶体结构相比,结构具有一定的紧凑性。因此,研究THz波段的光子晶体材料,并构造。THz光子晶体器件,分析它们的性能,可为THz技术的应用提供一个有利的基础。　　 本文从THz波的特性出发,设计出应用于THz波段的光子晶体器件。首先从光子晶体的基本结构出发,理论分析周期结构的禁带的基本特性；其次,根据微波传输线理论深入研究光子晶体线缺陷构成的光子晶体波导的传输特性,包括传输模式、特性阻抗、传输损耗等；接着分析光子晶体点缺陷形成的谐振结构,分析谐振态的模式；最后研究光子晶体波导与光子晶体谐振器之间的耦合,利用光学领域中常用的时域耦合模理论设计光子晶体耦合器,根据耦合矩阵的方法详细分析多个光子晶体谐振器模型,建立光子晶体结构与滤波器性能参数之间的联系,设计出THz频段下的光子晶体滤波器。论文主要研究内容和创新点包括以下几个方面:　　 1.针对光子晶体结构具有复杂的几何特性,用电磁波理论求解难以得到精确的解析解,只能通过采用数值方法进行计算机仿真来进行分析研究。采用FDTD方法用MATLAB编程计算对二维光子晶体的带隙特性随其背景材料的介电常数、占空比以及周期的数目的变化,得出一系列结论。　　 2.相对于介质柱型光子晶体,空气孔型光子晶体更易于制作和用于集成电路中,在THz频段采用微机械或者半导体制作工艺加工。相对于以往的数值算法,采用等效折射率方法分析空气孔型光子晶体波导的传输模式特性,在Ka波段实际制作出样品并测试以检验理论方法。　　 3.将微波毫米波中的阻抗匹配理论推广到光子晶体波导中；首先根据阻抗的最初的定义式,经合理的变换变形到能在光子晶体结构中计算的形式,并通过在光子晶体或光子晶体波导的连接处通过计算传输/反射系数来验证等效阻抗的计算式。在不同参数光子晶体波导相连时,采用渐变结构相连,通过群速匹配的方法来实现高效传输。　　 4.根据时域耦合模理论采用耦合波导和方形谐振器结构设计出可调光子晶体耦合器。耦合器的耦合度采用耦合波导的长度进行调节,方形谐振器在一定条件下可适当调整需要的频段范围。　　 5.采用等效电路模型对光子晶体滤波器建模,将微波滤波器综合理论应用到光子晶体滤波器设计中。针对以往分析和设计光子晶体滤波器的方法对复杂耦合结构的滤波器分析和设计相对困难,提出采用等效电路模型,引入耦合矩阵和外界品质因子,为电路模型的电参数与光子晶体结构参数建立桥梁,便于分析和设计多谐振器耦合型光子晶体滤波器,能够根据实际的滤波器参数要求设计出合理的结构。为以后光子晶体机构实际应用打下理论基础。