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微结构光纤因其具有许多新颖特性而成为近年来的一个研究热点。随着微结构光纤制作工艺的成熟，多芯微结构光纤的研究及应用也取得了显著进展。本论文以多芯微结构光纤作为研究对象，设计了几种不同结构的多芯微结构光纤，并对其芯间耦合特性及其应用进行了详细研究，取得的研究成果包括：
1.利用商用Rsoft软件中的FemSIM模块，设计了一种基于非对称双芯耦合机制来实现快光/慢光传输的双芯微结构光纤，通过合理设计微结构光纤的结构，可使两纤芯模式在1.55μm处实现共振。理论分析结果表明：当空气填充比d/A=0.3时，随着空气孔间距Λ增大该微结构光纤双芯问的耦合作用越来越弱，当空气孔间距Λ依次取2μm，2.4μm和3μm时，群速度色散的峰值逐渐变大，依次为±2.78×104ps/nm·km、±3.33×104ps/nm·km、±4.34×104ps/nm·km，而脉冲超前/延迟量则可以分别达到102ps/m、100ps/m、96ps/m。此外，我们还分析了传输过程中输入光脉冲的展宽情况。结果表明脉冲展宽因子随脉冲传输距离和双芯间距的增大而增大，随初始脉冲宽度的增大而减小。
2.设计了一种基于GaAs纳米线的双芯微结构光纤，该光纤可用作波长选择耦合器。分析结果表明：当空气孔间距为2μm，随着空气填充比的增加(d/A=0.2、0.3、0.35)，耦合长度逐渐增大，依次为3.6×103μm、7.1×103μm、1.36×104μm；随着GaAs纳米线直径的增加，耦合器的工作波长向长波长方向移动。该种双芯微结构光纤用作耦合器时，可以通过调节空气孔的尺寸和双芯微结构光纤中GaAs纳米线的直径分别实现光纤耦合长度的选择和对某一特定波长的光信号的耦合。我们还分析了当孔间距Λ=2μm、空气填充比d/Λ=0.35时，双芯微结构光纤中x、y光的偏振特性。结果表明，该光纤偏振特性不明显，在讨论其耦合特性时可以不考虑。
3.利用商用Rsoft软件中的FemSIM模块，理论分析了三种多芯(两芯、三芯、五芯)微结构光纤的色散特性。纤芯材料分别选用高非线性的Si、As2S3，背景材料为SiO2。为了满足在1.55μm处实现相位匹配，Si材料和As2S3材料的纤芯直径分别设为0.3101546μm和0.63967μm，纤芯间距设为1.5μm。分析结果表明：2芯、3芯、5芯光纤的群速度色散值分别为-7.3×105ps/nm·km、-4.2×105ps/nm·km、-2.4×105ps/nm·km，对应的半高全宽分别为8nm、14nm、25nm。二维阵列结构的五芯光纤在不大幅降低色散值的同时能够具有很大的带宽，这一特性使其在未来高速大容量通信系统中以及在实现快光/慢光传输方面将有一定的应用价值。