等离子体与非线性材料结合具有色散、各向异性和非线性等特性，光子晶体中引入等离子体和非线性材料会出现高次谐波、双稳态和四波混频等非线性现象，这些独特的非线性特性可以满足一些器件的需求，具有重要的工程应用背景。本文第二部分对适用于线性媒质和非线性媒质的时域有限差分法作了详细推导，在计算非线性等离子体光子晶体模型时利用牛顿迭代法和不动点迭代法求解非线性方程，将传统时域有限差分法推广到非线性电磁材料计算中，并改进了传统的传输矩阵法，使之适用于非线性媒质的数值计算。本文第三部分研究介质的介电常数、等离子体频率、等离子体碰撞频率、等离子体—介质层的厚度比、等离子体光子晶体的周期数对等离子体光子晶体能带的影响，在对等离子体光子晶体能带特性研究的基础上，重点对等离子体光子晶体的高次谐波以及双稳态两种非线性特性进行了深入的分析研究。在研究高次谐波产生与调制时，采用的光子晶体结构是由线性材料和等离子体以及非线性材料和等离子体构成。太赫兹频率范围既符合等离子体对频率的要求，也满足非线性材料非线性系数的范围。因此可将非线性材料和等离子体光子晶体相结合，产生可调谐的高次谐波。通过增加光子晶体的层数，减小等离子体的频率来抑制非线性材料产生的三次谐波。通过引入非线性缺陷来增强谐波，从而达到调制高次谐波的最终目的。本部分还研究了等离子体光子晶体的双稳态效应调制现象。引入耦合非线性缺陷层到光子晶体中，可以控制双稳态特性。用非磁化等离子体结合非线性材料作为缺陷结构获得的光子晶体复合结构，产生的双稳态响应阈值比普通非线性缺陷结构阈值减小近三百倍。双稳态阈值的减小对制造隔离器、光开关等器件相当重要。本文第四部分对基于等离子体光子晶体的微波器件进行了仿真设计，在对高次谐波研究基础上设计了一款倍频器，可以将原有的基波频率转变为三倍频。另外设计了一款可调谐的双窄带带通滤波器，光子晶体缺陷中采用夹着两个等离子体介质板的量子阱结构，通过调节等离子体频率来调节窄带频率，通过改变两个量子阱的间距来调节通带宽度以及半功率带宽。