器件小型化一直是集成光学器件的重要发展方向之一。光学微腔是指尺寸在几微米至几百微米的光学谐振器,满足了集成光学对光学器件小型化、集成化的要求。周期性波导结构简单,尺寸极其紧凑,易于和传统波导集成,更容易使用成熟的标准光刻平面工艺制造以实现低损耗器件。通过在周期波导中引入缺陷,就形成了基于周期结构的波导微腔。相比光子晶体平板结构,周期性波导微腔拥有和光子晶体平板微腔相比拟的品质因子Q,然而其模式体积更小,设计和制备更加简单。因此论文重点研究了基于周期结构的波导微腔及其应用,主要研究工作可归纳为：1.提出和分析了一种混合表面等离激元周期波导反射镜,利用混合表面等离激元波导低损耗的特性,得到的反射镜插入损耗仅为0.34dB(器件长度为6.46gm)。通过在周期波导中引入缺陷,我们构造了一个混合表面等离激元波导微腔。数值模拟结果显示这种混合等离激元微腔其品质因子Q值可以达到1526,比传统的基于金属-介质-金属结构的等离激元微腔高一个数量级。2.提出和分析了一种周期性混合表面等离激元波导微腔结构,通过在禁带中引入缺陷,得到了混合表面等离激元波导微腔,其Q/V值高达31130(λ/n)-3。基于波导微腔结构,将低折射率层(光场强)换成PMMA-量子点混合物,可以得到一种新型纳米激光器,通过计算仿真得到其室温下阈值增益仅为374cm-1。3.通过结合槽型波导和周期结构波导的优势,提出了一种狭缝波导宽度抛物线型调制的光子晶体微腔传感器,展示了对狭缝波导微腔的仿真,制作和测试过程。通过对狭缝波导宽度的抛物线型调制,设计得到的波导微腔呈现高Q值,高传输透过率的特性。针对提出的器件结构设计,在SOI平台上实验制作了该器件,器件尺寸仅为16.8×2.5μm2,其品质因子Q为9200。最后对波导微腔进行了传感性能测试,通过对不同浓度的NaCl溶液测试,我们得到了传感器的传感灵敏度为410nm/RIU.另外我们的传感器与基于微环谐振腔等结构的传感器相比,具有传感范围大的优点(不受限于自由光谱范围)。4.提出了一种基于TM偏振的椭圆柱光子晶体波导微腔,并展示了其设计,制作,测试过程。基于TM偏振的波导微腔不仅可以增强光和低折射率物质的相互作用,而且制作得到的微腔品质因子受刻蚀工艺影响较小。基于硅层厚度为340nnm绝缘体上硅(SOI)平台仿真得到其品质因子Q为Q=6.3×105,模式体积V为2.1(λ/nsi)3,是已知达到近百万量级仿真Q值的TM偏振波导微腔中,器件层厚度最小的。将设计得到的波导微腔应用于传感得到其传感灵敏度为435nm/RIU。