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光子晶体具有丰富且可控的色散性质，可以在微观尺度灵活地控制光的传播，因而被广泛地用于探索新奇的光学现象和构造各种具有优异性能的微型可集成光学器件。在本论文中，我们采用数值模拟的方法，分别在二维长方晶格光子晶体和长方晶格光子晶体平板中发现了一种特殊的高频率敏感度自准直现象，并基于这种现象，设计了一种宽范围、可调衍射调控装置和一种透射能量型折射率探测器。本论文的主要内容包括以下几个部分: (1)二维长方晶格光子晶体的高频率敏感度自准直现象。首先，我们推导得到了自准直频率敏感度的解析表达式，并确定鞍点型van Hove奇异点具有降低自准直点群速度和提高自准直频率敏感度的作用。接下来，我们发现，通过改变介质柱型二维长方晶格光子晶体的晶格长宽比，可以将鞍点型van Hove奇异点移动到非常靠近自准直点的位置，从而形成具有很高频率敏感度的自准直现象。最后，我们还揭示了自准直点附近模式的双涡旋能流分布是高频率敏感度自准直现象的物理起源和支撑这种现象在广泛的参数空间内稳定存在的内在机制。 (2)基于高频率敏感度自准直现象的宽范围、可调衍射调控装置。通过对等频图的分析，我们发现，当高频率度自准直现象成立时，决定光束衍射强度的等频线曲率可以在一个相对较小的频率范围内从负无穷大增长到正无穷大，并且能够被微小的折射率变化明显地改变。因此，对于沿自准直方向入射的光束，可以使用支持高频率度自准直现象的二维长方晶格光子晶体，实现与频率相关的宽范围衍射调控和受光子晶体折射率控制的可调衍射调控。我们通过模拟不同频率的光束穿过光子晶体的传播过程，分别展示了宽范围衍射调控和可调衍射调控的效果。 (3)基于高频率敏感度自准直现象的透射能量型折射率探测器。我们发现，当高频率敏感度自准直现象成立时，在自准直频率ωsc附近，光束的衍射强度和界面反射率都会因为背景折射率的增大而显著增强。因此，可以通过测量中心频率为ωsc的光脉冲穿过光子晶体后透射能量的变化来探测光子晶体背景材料折射率的微小改变。我们通过讨论背景折射率改变对脉冲透射能量和强度分布的影响，对折射率探测器进行原理验证和性能展示。结果显示，与传统的基于光子晶体微腔的折射率探测器相比，这种透射能量型折射率探测器具有设置简单和探测快速的特点，而且其灵敏度和精度对光子晶体的结构无序有较强的抵抗能力。 (4)长方晶格光子晶体平板的高频率敏感度自准直现象。我们设计了一种由低折射率基板和高折射率介质柱构成的长方晶格光子晶体平板，在其TE偏振第二个能带重现了二维长方光子晶体的高频率敏感度自准直现象，还在TE其偏振第四个能带发现了新的高频率敏感度自准直现象。通过比较具有不同材料和结构参数的光子晶体平板，我们得到了光子晶体平板支持高频率敏感度自准直现象的条件，并展示了光子晶体平板高频率敏感度自准直现象的形成过程。此外，通过比较自准直点模式的场分布和能流分布，我们还确认了光子晶体平板两个不同能带的高频率敏感度自准直现象与二维光子晶体的高频率敏感度自准直现象具有相同的物理起源。我们所使用的低折射率基板和高折射率介质柱分别对应二氧化硅和锗这两种半导体行业的常用材料，因此这种支持高频率敏感度自准直现象的光子晶体平板很容易实现低成本、批量化制造。