光子晶体最具吸引力的应用前景就是光子系统集成芯片(PhotonicSystemOnChip)，即像集成电路一样的集成光路，而对于一个系统而言，非线性组件(尤其是谐波产生组件)是必不可少的。因此光子晶体中的谐波产生一直是光子晶体研究中的热点课题。然而目前成熟的半导体生产工艺都是SOI工艺，常用材料都是中心对称材料，一般情况下无法实现二次谐波产生(SecondHarmonicGeneration，SHG)。本文提出一种基于增强电四极极化(ElectricQuadrupolePolarization，EQP)效应来实现SHG的新方法，通过设计和利用光子晶体的带隙局域特性和带隙边缘特性，在中心对称材料微结构中获得了有效的二次谐波输出，丰富了非线性光学的基础理论，不仅有助于光子系统芯片的实现，同时也为非线性材料开发提供新的思路。 论文首先介绍了光子晶体的相关理论和复杂介质中电磁场传播的主要数值计算方法；然后从量子力学理论和微扰理论出发，深入分析了中心对称材料中SHG的微观机理，指出EQP效应是中心对称材料光子晶体中SHG的主要来源，讨论了增强EQP效应的技术手段；在此基础上，提出一种完全由中心对称材料构成的基于光子晶体的特殊类周期结构来实现SHG，该结构充分利用光子晶体带隙对光场的局域特性和带隙边缘对光场的强烈调制特性，实现EQP效应的急剧增加，从而获得二次谐波输出；建立了SHG的数理模型，讨论了模型的数值求解方法，并编写了基于FDTD算法的SHG计算软件，计算了依据理论模型设计的不同结构参数的硅材料微细结构中的电磁场分布，以及二次谐波的产生情况，得到了有效的二次谐波输出；全面模拟研究了影响SHG效率的主要因素，为优化设计高效谐波产生结构提供了理论依据；提出了双调制准位相匹配新方法，该方法不仅适用于非铁电材料(例如本文的硅材料微结构)，也适用于矫顽力很高的很难用周期极化实现磁畴反转的铁电材料；最后介绍了光子带隙结构和SHG的测量方法，以及光子晶体制作实验。