本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了非线性光子晶体的动力学特性及其器件应用。 首先，我们采用自己发展的泵浦—探测数值模拟方法考察了非线性光子晶体分子的动力学特性。为了清晰的了解非线性光子晶体分子的动力学行为，我们有意选择了研究多模光子晶体分子。研究表明，两个组成原子之间的耦合特性在非线性光子晶体分子对超短脉冲激发的动力学响应中具有重要的决定作用。同时，我们发现具有不同谱形的光子晶体分子表现出不同的动力学响应行为。 其次，我们给出了刻画非线性光子晶体结构动力学特性的泵浦—探测数值模拟方法的解析描述。该解析模型考虑了我们近期阐明的有关非线性光子晶体原子动力学响应的重要物理现象，包括探测脉冲的寿命对泵浦脉冲能量强度的依赖关系以及被激发的光子晶体结构和探测脉冲之间的相互作用等等。基于该解析模型所获得的非线性光子晶体原子的透射谱与先前的数值模拟结果能够很好地吻合，而且该解析模型可以很好地解释所有数值实验中观察到的非线性原子透射谱随激发光强的演变。此外，我们还揭示了当探测脉冲在光子晶体原子中的寿命足够短时，可以利用这一模型捕获非线性光子晶体原子的瞬时透射谱，从而证实了该解析模型的正确性和有效性。 最后，我们利用耦合模理论和有限时域差分技术研究了非线性缺陷对构成的光子晶体分子的单向导通行为。研究发现，相对于单个非对称限制的光子晶体原子，这种特殊的光子晶体分子的透射对比度有了很大的提高。在此基础上，我们讨论了由这种光子晶体分子构筑的全光二极管所容许的制备误差，证实该误差对于目前的制备技术来说是合理的。值得注意的是，我们的研究发现：如果放弃使用空气缺陷，可以很好地改善这类光子晶体分子单向导通性质的品质因子(定义为阈值透射率和透射对比度的乘积)，同时，我们在这样的光子晶体分子中观察到了一些反常并且有趣的透射行为。