随着光纤通信技术的飞速发展,信息的传输速率在过去的十几年中得到了极大的提高,人们对信息的需求也进一步扩大,要想进一步使传输速率取得突破,必须采用光的时分复用、波分复用、频分复用等复用技术,来建立具有强大信息传输能力的全光网,而这些技术都离不开光耦合技术。光纤耦合器作为一种可以完成光的传输、耦合、分束以及干涉功能的重要无源光器件,在光纤传感以及信号处理等领域有着非常广泛的应用,对其性能的要求也越来越高,随着传统保偏光纤耦合器发展的越发成熟,基于偏振分离的单模单偏振光纤耦合器的发展引起了越来越多的关注。本文通过对以往各种光纤耦合器的优缺点进行比较,提出了一种基于纤芯的几何非对称性来引入双折射的光纤模型,首先通过在中间纤芯加入椭圆空气孔可以获得足够高的双折射,再利用两侧纤芯与中间纤芯在某个偏振态上的有效折射率匹配以使得该偏振态的功率发生转移,从而实现偏振分离。在理论模型的基础上,利用全矢量有限元法,运用Comsol Multiphysics和Matlab对光纤耦合器的模场进行仿真计算,并运用耦合模理论和超模理论对其进行分析,得到其有效折射率、耦合长度等特性参数,并研究了这些光纤特性参数与偏振分离特性的关系,从消光比方面对其单偏振特性以及工作带宽进行了讨论,结果发现该光纤耦合器在工作波长λ=1550nm(±1nm)附近的范围内,经过耦合长度Lc=182mm距离的传输,可以同时实现两侧纤芯的窄带单模单偏振传输,消光比最高分别可达65dB和35dB。在此基础上,本文还提出一种用矩形金属芯代替带有椭圆空气孔纤芯的单模单偏振光纤耦合器设计方案,利用矩形金属芯几何结构的不对称性和表面产生的等离子体来引入双折射,实现偏振分离。基于全矢量有限元法,利用超模理论对这一模型的模场特性进行分析,给出实现偏振分离不同偏振态耦合长度的最佳比值,并先后从纤芯间不同偏振方向上的功率转移情况和消光比方面,对其耦合长度以及单偏振特性进行了讨论。研究发现,该光纤耦合器经过耦合长度Lc=36.9mm的传输后,可以在在工作波长1546-1553nm范围内实现单模单偏振传输。