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第五代移动通信技术(5G)将要在2020年全面实现商用,国家工信部以及电信科技委员会指出全光网是5G最理想的承载网络。自2016年起,国家“十三五”计划提出实施网络强国战略,大力推进全光网的建设。然而,非全光纤器件存在的模式失配、接入耦合损耗较高等问题严重制约了全光网的发展。因此,器件的全光纤化迫在眉睫。基于光子晶体光纤(PCF)的器件因其独特的空气孔排布结构和优良的导光特性,可有效降低模式失配,提高通信质量。双芯光子晶体光纤(TCPCF)结合了双芯光纤(TCF)和PCF的优势,在全光处理领域有广泛应用。本文以器件全光纤化为目标,围绕PCF和TCPCF开展了全光纤结构的电光调制器、传感器、偏振滤波器以及偏振分束器四类器件的理论与实验研究。主要工作和创新成果如下:1.根据耦合模理论,建立了TCF的调制模型,提出了一种基于D型TCF(DTCF)的全光纤电光调制器。首先实验测试了不同应力下TCF的传输谱,其应力灵敏度为1.36 pm/με,表明TCF的传输谱可通过外界参数调控。根据DTCF中的两个芯子对外界敏感性不同,通过调控电压实现光的强度调制。研究表明,电光调制器的3 d B调制电压为1.26 V,且电压为2.7 V时,调制器具有较高的消光比。该全光纤调制器可降低光纤系统的模式失配,有助于提高调制器的调制速率与带宽。2.提出一种基于PCF的金属表面等离子(SPR)低折射率传感器。PCF的芯子由两层反曲率的扇形环组成,传感器结构简单且性能与偏振方向无关。分析结果表明,该PCF-SPR传感器在低折射率1.20～1.34范围内,灵敏度最高可达-15900nm/RIU。在低折射率溶液准确监测、水杂质检测以及环境测量方面具有良好的应用前景。3.制作了两种基于“单模-光子晶体-单模”光纤结构的SPS传感器并对外界的温度和应力进行了测量。第一种结构采用六环反曲率的空芯PCF,测得该传感器的灵敏度分别为20 pm/~oC和0.67 pm/με。第二种结构中研究了实芯PCF的空气孔无填充和填充甘油时的传感特性,填充甘油的传感器灵敏度分别为74 pm/~oC和0.43 pm/με。测量结果表明,上述两种结构的SPS传感器均具有较好的抗应力交叉敏感能力,利于温度的准确测量。4.研究了一种基于D型PCF(DPCF)的全光纤可调谐偏振滤波器。在其上表面依次涂覆石墨烯和金,利用SPR效应和石墨烯化学势的改变可实现单波长、双波长以及三波长的偏振滤波,且波长位置灵活可调。分析结果表明,当器件长度为100μm,波长范围为1.0～1.4μm时,偏振消光比高于25 d B;基于所提出的DPCF偏振滤波器,对DPCF的制作工艺进行了研究,采用氢氟酸腐蚀的方法,可为偏振滤波器的最终实现,提供一种表面光滑的DPCF。5.提出了两种基于TCPCF的全光纤可调谐偏振分束器,向光纤空气孔中填充磁流体,通过外加磁场的变化,改变TCPCF的双折射效应,在输出端实现偏振态调谐和转换。利用有限元法对器件性能进行分析,当光纤为圆形孔结构,器件尺寸为8.13 mm,磁场强度为25 m T时,偏振态可实现完全转换。在此基础上,提出了基于椭圆和圆混合孔光纤的优化结构,研究表明,向光纤中心空气孔填充37%的甘油溶液,器件在长度为78μm时可实现偏振分离。向中心空气孔中填充磁流体,器件尺寸为1007μm,磁场强度为40.5 m T时,可实现偏振完全转换。该全光纤可调谐偏振分束器,能够同时实现偏振态的分离、调谐与转换,结构紧凑、易于集成。