微结构光纤(MOF)在结构和性能上的优越性引起了国内外光纤研究人员的广泛兴趣,成为光电子学领域的前沿热点,并得到了快速发展。MOF根据结构可分为实芯MOF和空芯MOF,根据传输机理可分为全内反射型MOF、光子带隙型MOF和反谐振MOF等多种类型,在激光技术、光传感技术、光通信技术、光电子集成和光纤器件等领域具有重要应用。本文综述了MOF的发展历程,并对MOF的种类、传输机理、结构设计和拉制进行了全面分析和归纳,为未来MOF的研究及应用提供借鉴。

采用掺杂粉末直拉棒工艺制备了一种小芯径的掺镱光子晶体光纤。以此光纤为增益介质，抽运波长为976 nm，实现了波长为1045 nm 激光连续输出。并研究了抽运功率与光纤长度对激光性能的影响。受限于光纤的小芯径尺寸，该光纤激光器系统激光输出功率最大仅为0.42 W，激光斜率效率仅为33%。实验结果表明，利用掺杂石英粉末直拉棒工艺制备的掺镱光子晶体光纤有望应用于高功率光纤激光器的研制。

基于反共振反射光波导中的抑制耦合理论，本文设计和制备出一种单空气包层大纤芯的八边形空芯微结构光纤，光纤直径为170 μm，纤芯直径为44 μm，纤芯壁厚为1.2 μm。实验测试结果表明该光纤对于波长为750 nm的光具有良好的导光特性。该空芯光纤结构简单，容易制备，并可设计成大纤芯适用于光泵碱金属蒸气激光、液体填充传感、高功率近红外光能量传输及气体激光器等领域，为探索简易新型空芯微结构光纤打下前期实验基础。

采用高温等离子体非化学气相沉积技术与溶液掺杂相结合的方法制备了Yb3+掺杂微结构光纤。该光纤在波长976 nm处的损耗为7.5 dB/m，表明光纤对976 nm波长的抽运光具有较好的吸收效率。为测试所制备光纤的激光性能，分析了该光纤的荧光特性，并搭建了后端抽运飞秒激光放大系统。采用3 m光纤，以脉宽为150 fs，重复频率为50 MHz，中心波长为1030 nm的飞秒激光作为种子光，成功将138 mW的飞秒激光放大到605 mW，且模场呈高斯分布。实验结果验证了该掺杂微结构光纤制备方法的可行性，并为未来探索掺杂微结构光纤制备的新方法，探索高功率Yb3+掺杂微结构光纤飞秒激光放大器和激光器打下了前期基础。

利用高频等离子体粉末熔融技术成功制备出镱铝共掺石英玻璃，并对其相关机理和工艺进行研究,解决了镱铝共掺石英玻璃熔点高、难以制备的难题。该技术为拉制大尺寸和多芯掺杂光子晶体光纤提供可能，并可实现多种稀土离子单掺或共掺。通过采用辅助加热和在氧气气氛下熔融，实现了镱铝共掺石英玻璃内气泡的排除，抑制了镱离子的还原。以此玻璃为纤芯利用堆积拉丝技术拉制的镱铝共掺光子晶体光纤在1200 nm波长处的背景损耗值小于0.25 dB/m，并且以此光纤为增益介质搭建的激光系统得到了激光输出。测试结果表明该技术制备的镱铝共掺石英玻璃具有非常好的光学特性。

采用粉末烧结技术制备出高浓度镱铝共掺石英棒，Yb3+掺杂浓度为12 000 ppm(wt).利用此掺镱石英棒作为纤芯,拉制出镱铝共掺大模场光子晶体光纤，光纤模场面积为550 μm2，模场直径26 μm.实验结果表明：光纤在近红外波段(850~1 033 nm)出现一个宽的吸收带,主吸收峰波长位于976 nm，在此波长处吸收损耗高于10 dB/m；采用波长为971 nm的激光泵浦光纤，在1 050~1 125 nm波长范围内产生高斯型的荧光峰，峰值波长位于1 088 nm处，荧光半宽高45 nm.

基于全矢量有限元法，设计了一种新型零色散波长为1550 nm的高非线性双折射光子晶体光纤(PCF)，并分析了PCF的有效折射率、有效模面积、双折射、非线性系数以及色散特性。数值结果表明，当光纤包层孔间距Λ为1.6 μm，大空气孔直径d1为1.4 μm，小空气孔直径d2为0.74 μm和0.76 μm时，光纤的零色散波长都在1550 nm处，该PCF的双折射为4.049×10-3，非线性系数可达28.4 km-1·W-1。这种高非线性高双折射PCF，在1550 nm通信波段具有非常广泛的应用前景。

掺Yb3+双包层大模场面积微结构光纤(micro-structured fibers， MSF)是作为超大功率光纤激光器的理想介质。 本文首先采用非化学气相熔炼法制备出掺Yb3+石英基玻璃材料， 然后按照设计要求， 通过排布拉制法制备了掺Yb3+双包层大模场面积微结构光纤。 分别利用钛宝石飞秒激光器(波长调至为975 nm)和波长为980 nm LD激光器作为激励源， 对掺Yb3+双包层大模场面积微结构光纤的荧光光谱进行分析， 实验结果表明: 该光纤在波长为1 050 nm处产生强的荧光， 同时该光纤还能有效的抑制合作发光现象(cooperative luminescence)的产生。

要提高七芯光子晶体光纤激光器的输出功率，必须要增大七芯光子晶体光纤的有效模面积，并且需要纤芯间具有较强的耦合作用，以保证各纤芯输出的光束保持同相位。为了更直观的分析七芯光子晶体光纤的有效模场面积和纤芯间耦合强度的关系，根据七芯光子晶体光纤7个超模的特征，给出了七芯光子晶体光纤耦合长度的一种计算方法。利用多极法和有限差分光束传播法分析了七芯光子晶体光纤的结构对有效模场面积和耦合长度的影响。通过优化七芯光子晶体光纤的结构，设计了一种外层空气孔较大，内层空气孔较小的七芯光子晶体光纤，其有效模场面积高达3703 μm2 ，耦合长度仅为13310 μm。