光子晶体光纤(photonic crystal fiber,PCF)优良的光学特性及灵活的结构设计使其成为一种优秀的光子器件材料广泛应用于光纤通信和光纤传感等领域。近些年来,随着光子晶体光纤理论的完善和制备技术的不断提高,基底为熔石英材料,纤芯为非石英材料的亚波长纤芯光子晶体光纤受到越来越多的关注。与传统石英光子晶体光纤相比,亚波长纤芯光子晶体光纤具有更宽的光谱透射范围、更高的非线性系数、更为灵活的色散和双折射调节能力,这使得亚波长纤芯光子晶体光纤在光子器件设计及光纤非线性应用中都有很重要的研究价值,成为近年来的研究热点。本文对亚波长纤芯光子晶体光纤的结构设计和非线性特性进行了深入研究,其具体的内容如下:1.对光子晶体光纤的概念、特性及制备做了简单介绍,提出了亚波长纤芯光子晶体光纤的概念;从光波导波动方程出发,推导了光纤中的脉冲传输方程,并概述了光纤中存在的几种非线性效应。2.介绍了光子晶体光纤的理论分析方法,并对全矢量有限元法做了详细阐释,为本文中光子晶体光纤的数值仿真奠定了理论基础;讨论了适用于含拉曼响应函数的非线性薛定谔方程的数值计算方法:与四阶龙格库塔法相结合的分步傅里叶法。3.通过在正八边形光子晶体光纤中引入亚碲酸盐椭圆纤芯和四个空气孔形成内包层,设计出一种兼具高双折射和高非线性系数的亚波长纤芯光子晶体光纤。基于全矢量有限元法,研究了不同光纤结构(纤芯大小、纤芯离心率和内包层空气孔大小)对光纤的双折射、非线性系数及色散特性的影响,这些研究结果对于亚波长纤芯光子晶体光纤结构参数和所具光学性能之间关系的研究有重要意义。4.设计了一种亚波长液芯光纤,该光纤纤芯为二硫化碳材料,包层为熔石英材料,采用全矢量有限元法,通过合理的调节光纤结构参数,得到了在1200nm到2500nm波段内为正常色散的光纤结构。基于分步傅里叶法研究了该光纤中超连续谱的产生,分析了光纤中超连续谱的产生机制。通过改变泵浦参数(光纤长度、入射脉冲功率和入射脉冲的脉宽),对产生的超连续谱的谱特性,尤其是谱宽度和相干性进行了深入研究,总结出超连续谱宽度及相干性随各种因素的变化情况,这对于超连续谱研究过程中的参数选择及质量优化具有指导意义。