全固光子晶体光纤以特有的带隙效应、色散效应以及多波导间弱耦合等特性吸引着众多研究者的注意，并已经在通讯、激光器、非线性等领域起着不可替代的作用。全固光纤在结构上设计灵活，易于拉制且鲁棒性好，与普通单模光纤容易结合。由于包层一系列高折射率柱规律排布，在光学性质上类似于多个波导的耦合，而对它的研究也已超出了单纯的带隙效应导光机制，而拓展到光场在周期排布的波导中经历的线性和非线性的调制。另外这些包层折射率柱与基底的不同材料掺杂也使得全固光纤与多种异质材料相结合，如掺杂锗、氟和一些稀土元素等，使全固光纤在光纤激光器和光纤光栅等方面凸显优势。　　 本文的研究主要来源于国家科技部973计划项目(编号2010CB327605)“基于微结构光纤的新型功能器件、异质兼容结构与光电子集成”和国家自然科学基金面上项目(编号11174155)“基于光子晶体光纤的克尔腔孤子的动力学特性与应用研究”。本文首先叙述了全固光子晶体光纤的发展过程和已取得的研究进展，并阐释光纤时域腔孤子的产生机理;然后分别研究了基于全固光子带隙光纤的级联啁啾、非啁啾长周期光栅的耦合特性;在理论和实验上探究了全固波导阵列光纤的带隙和Bloch超模耦合过程;最后对全固光纤中的非线性动力学过程进行了理论分析。主要内容包括：　　 ⑴研究了基于全固光子带隙光纤的级联长周期光栅的特性。在全固光子带隙光纤上写制了级联的啁啾、非啁啾的长周期光纤光栅对，使入射光在第一个光栅处实现纤芯基模与包层LP01 Bloch超模带的二阶谐振，而在第二个光栅处又耦合回纤芯并与基模发生干涉，在光谱上观察到一系列干涉峰。用级联啁啾长周期光栅展宽了干涉的波长范围。同时研究了这种级联光栅的偏振特性，并用作滤波装置，搭建了多波长可调谐的光纤激光器，在铒纤的自发辐射谱范围内实现了可调谐的双波长输出。　　 ⑵研究了基于二维波导阵列光纤的光纤马赫曾德模间干涉仪。利用单模-波导阵列光纤-单模结构，对二维波导阵列光纤中的超模传输与耦合特性、色散以及带隙效应进行了理论和实验的研究。建立了波导阵列光纤的分析模型，理论计算得到这种光纤支持的Bloch传导超模，并通过对透射谱的分析发现该模间干涉仪可以实现类LP01与类LP02、类LP03超模之间的相互耦合。进一步对该模间干涉仪的弯曲和温度传感特性进行了探究。结果显示，这种基于二维波导阵列光纤的模间干涉仪在0-10m-1的曲率范围内的干涉峰漂移可以达到100nm，并且弯曲灵敏度与曲率呈二次函数关系。同时测得该装置的温度响应为0.02nm/℃。　　 ⑶对光纤克尔腔的腔孤子产生和非线性系统的动力学过程进行了研究。基于非线性薛定谔方程分析了超短脉冲在全固光纤中的传输特性。分析了全固光子带隙光纤纤芯基模的群速度色散和三阶、四阶色散特性，求出了这种光纤的非线性参量随波长的变化。比较了非线性薛定谔方程与Lugiato-Lefever方程的联系和区别，模拟了光纤克尔腔中的存在的双稳态解和调制不稳产生的过程。并且求解Lugiato-Lefever方程得到不同连续波输入和不同腔失谐量条件下的时域孤子解。