随着光纤通信和传感技术的发展,特种光纤的应用日益广泛。微结构光纤作为一种近二十年来提出的新颖结构的特种光纤,又称为光子晶体光纤。光子晶体光纤的出现,是光纤发展史上的重大变革,它具有许多优越的性能,例如无截止的单模特性、高的双折射特性、灵活可控的色散特性等。偏振特性是光纤的一个重要特性,高双折射光子晶体光纤能实现光的偏振态的保持。要想获得高的双折射,必须增大光纤两个垂直方向的几何不对称性。传统的保偏光纤如熊猫光纤,主要依靠应力来实现高双折射,双折射值只能达到10-4量级。应用光子晶体光纤能实现10-3甚至10-2量级的双折射,比传统保偏光纤提高一个甚至两个数量级。本论文提出了一种新型基于椭圆孔的高双折射光纤,并与圆形孔的进行了比较,双折射提高了一倍,达到3.5×10-3。还分别研究了缺陷为一个、两个和三个时椭圆孔双折射光纤的特性,发现其双折射变化不大,但考虑它们单模光纤的耦合效率时,发现带两个缺陷的椭圆孔双折射光纤与单模光纤的耦合效率最大。同时研究了它的限制损耗、弯曲损耗等特性,结果表明这种高双折射光子晶体光纤限制损耗和弯曲损耗都较低,在保偏光纤等领域有潜在的应用价值。在光纤通信中,色散是制约传输带宽的一个极为重要的因素。光子晶体光纤结构设计灵活,改变参数即可实现色散补偿或色散平坦。本论文分别提出了两种色散补偿和色散平坦光子晶体光纤,并应用有限元法模拟了它们的特性。提出的色散补偿光纤为八边形双芯结构。计算结果表明,能在1550nm位置实现-840ps/nm/km的大负色散,并能在C波段补偿约50倍自身长度的普通SMF-28单模光纤,同时能实现色散斜率补偿,是一种较为理想的宽带色散补偿光纤。优化设计的色散平坦光纤为圆形排布,通过减小中心和第一层的孔来形成纤芯,扩大模场面积。这种色散平坦光纤在S+C+L波段(1460nm-1625nm)的色散值在±0.9ps/nm/km之间变化,并能实现与普通单模光纤的高效耦合,同时它的有效模面积在1550nm位置相对较大,约为42μm2；非线性系数较小,在1550nm位置为2.92W-1·km-1。另外,这种色散平坦光子晶体光纤具有较低的损耗,在1550nm处为10-7dB/km,而且弯曲损耗较低。因此,这种色散平坦光子晶体光纤非常适合于通信中的光传输。微结构光纤结构设计灵活,根据空气孔分布情况,微结构光纤可以有不同的结构,如六边形结构、八边形结构和圆形结构等。不同的结构具有不同的性能,可以根据需要进行选择。本论文对比研究了三种不同空气孔分布结构的色散性能,提出了一种1550nm波段八边形窄带色散补偿微结构光纤,负色散值达至(?)-3020ps/nm/km.另外,得出了一些有用的结论,对色散补偿光纤的研究和应用具有一定的意义。