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光环形谐振腔具有大光谱自由程、高波长选择性及高品质因子等优良特性,使其在光通信、光传感、激光光谱等领域具有重要的应用。环型谐振腔通常可通过光纤及平板光波导实现。一般说来,光纤环形谐振器体积大难以实现光集成；平板波导微型环,受全内反射机理限制,其传播损耗会随着环尺寸的缩小而指数增加,进而阻滞了器件的小型化。这种波导环的性能受Bus波导与环的间隙以及表面粗糙度影响很大,又给实际制作带来了另一挑战。另一方面,光子晶体由于其独特的可在波长尺度内控光能力给超小型光集成带来了希望,近年来基于光子晶体的微环(Photonic Crystal Ring Resonator, PCRR)具有耦合效率高、环尺寸大小易缩放、传输损耗独立于环大小、整体结构紧凑、模式耦合配置多样性等优点,为解决上述技术瓶颈提供一个有效技术方案,自报道以来已引起人们的广泛兴趣。然到目前为止报道的结构大部分是基于介质柱型的标准准环形结构,例如正方环。此外,这种介质柱型PCRR尽管容易获得工作范围很宽的单模谐振,耦合效率高,但实际生产工艺难度大,且在垂直上没有得到很好地限制,进而传输损耗很大。与之相比,空气孔型PCRR生产工艺相对简单,但容易在转弯区形成多模谐振,下路效率较低,旁瓣不好。如何丰富PCRR家族及有效提高空气孔型PCRR的下路效率是十分亟待解决的问题。本论文以硅介质为背景材料,设计了三种新型的光子晶体环形谐振腔结构,即基于正方晶格硅介质柱的跑道型光子晶体环形谐振腔、基于蜂窝晶格硅介质柱的跑道型偏振分光的光子晶体环形谐振腔以及基于正方晶格空气孔的高下路跑道型光子晶体环形谐振腔。利用平面波展开法(PWE)和时域有限差分法(FDTD)对上述三种新结构的特性进行了数值分析。主要研究工作和成果如下：1.基于二维正方晶格硅介质柱,设计了一种新型跑道型光子晶体微环信道下路滤波器(CDF)；应用二维时域有限差分(FDTD)数值计算,分析两种代表性信道下路滤波器(平行结构和垂直结构)的模式行为；分析包括额外附加柱子大小、附加柱子数目和附加柱子位置对所提出的信道下路滤波器性能的影响。2.基于二维蜂窝晶格硅介质柱,设计了一种新型跑道型偏振分光的光子晶体环形谐振腔。利用二维时域有限差分(FDTD)数值计算,实现了在环形谐振腔上同一波长的TM偏振光与TE偏振光的分离；同时,还研究了折射率变化以及外围周期d和L变化对器件设计的影响。3.提出一种基于二维正方晶格光子晶体空气孔型高下路效率的跑道环形谐振腔,通过压缩线缺陷波导的宽度实现单模有效控制,同时讨论内围光子晶体列数对传输场的影响,然后运用二维时域有限差分方法数值分析了耦合强度及环区局部折射率调制对下路效率、品质因子以及下路波长等参量的影响。本论文的创新之处：首先,系统分析了基于正方晶格介质硅柱的跑道型光子晶体微环的模式行为,进而丰富了PCRR家族。其次,利用线缺陷和完全光子带隙,首次实现了基于二维蜂窝晶格的光子晶体硅介质柱的偏振分光跑道环形谐振腔。最后,通过压缩波导宽度及分析内围光子晶体列数,实现高下路的空气孔型二维光子晶体环形谐振腔。这三个创新之处,为未来纳米尺度器件的制造提供了理论指导。