科技的每一次腾飞都起源于人类对材料属性的深刻理解和成功操控。半导体技术半个世纪的迅猛发展正是人类对材料电子属性成功操纵的结果。在半导体技术遭遇瓶颈时,人们把目光转向了材料的光学属性,以期能用光材料替代电材料,1987年,光子晶体应运而生。光子晶体是天然晶体在介观尺度的人工模拟功能材料,它既能对外来电磁场产生特殊响应,又能控制其内部辐射模式,具有比硅晶体更大的潜在应用价值。二十余年来,光子晶体在理论、实验和应用研究方面均有了深入的发展。　　 本文的工作分为三个部分:　　 在理论方面,本文证明了可以通过同时调整光了晶体的微观结构和宏观结构在低折射率材料中获得可见光区的全空间禁带;推导了在低折射率材料中能够得到宽光子禁带的理论依据；提出了在全息光子晶体中引入任意缺陷的方法；丰富和完善了弱散射系统中随机激光的分类标准；利用其它操纵电磁波的手段如变换光学来控制光的行为,设计了一些有用的光器件。　　 在实验方面,本文将一维异质结结构和自相似球结构相结合,在低折射率材料中实现了全空间禁带；对光子晶体的微观结构进一步改进,制作二维异质结结构,获得了更宽更实用的全空间禁带；对光子晶体的晶格种类和格点形状进行优化,在常见的二维电介质柱型三角晶格中获得了绝对禁带；利用低功率、连续、可见激光在全息光子晶体中引入了一维和二维任意尺寸的缺陷。　　 在应用方面,本文用全息法在低折射率材料中制作了周期结构、环状结构和随机结构激光器,得到了一系列新现象。基于这些现象,分析了光了晶体激光模式的影响因素,指出并实验验证了光子晶体模式的数量由泵浦源的脉宽决定,光子晶体模式的调谐由温度决定。　　 本文的创新点为:　　 1、通过严格推导指出了低折射率材料中能得到宽光子禁带的理论依据；　　 2、通过优化光子晶体结构参数,在二维电介质柱型三角晶格中首次获得了绝对禁带；　　 3、分别利用一维和二维异质结结构在低折射率材料中获得了可见光区的光子晶体全空间禁带;　　 4、在全息光子晶体中实现了一维和二维任意缺陷的引入；　　 5、用全息法制作了周期结构和环状结构光子晶体带边激光器,得到了一系列新现象,并对这些现象进行了理论分析；　　 6、采用全息方法用重铬酸盐明胶介质记录空间散斑,制作了极弱散射结构随机激光器,考察了温度变化对随机激光器输出特性的影响及温度调谐特性的控制；　　 7、探索了随机激光阈值的影响因素,研究泵浦源脉冲宽度、增益介质能级寿命及散射结构平均自由程之间的关系,以及这种关系对随机激光器输出特性的影响,完善了随机激光强度反馈和振幅反馈的分类标准；　　 8、利用变换光学设计了偏振控制器、偏振Cloak和电磁局域器件。