本文提出了一种可用于化学传感的具有高双折射、低损耗的光子晶体光纤，并系统地分析了空气孔参数对光纤光学特性的影响。研究表明，最优结构的光纤在典型波长1.55 μm时对水、乙醇和苯的相对灵敏度分别可达56.3%、59.9%和62.5%，相比现有光子晶体光纤分别提高1.05~6.25倍、1.05~4.99倍和1.03~4.63倍。此外，该光纤还具有较好的传输特性。因此，本文提出的光子晶体光纤在化学传感和生物医学领域方面更具优势。

本文设计了一种适用于长距离光纤通信的新型光子晶体光纤。该光纤包层内椭圆形和圆形空气孔呈交错排列，纤芯两侧为两个小椭圆空气孔。利用有限元分析方法对所设计光纤的传输特性进行分析并对其结构进行了优化，确定了最佳结构。结果表明，波长为1550 nm时，此新型光子晶体光纤在最佳结构下可提供高达3.51×10-2的高双折射和低至1.5×10-9 dB/m的限制性损耗。与现存的引入椭圆形空气孔的光子晶体光纤相比，本文中的光子晶体光纤的双折射系数有较大提高，限制性损耗系数降低了5个数量级。另外，本文还详细研究了光子晶体光纤的色散随光子晶体光纤结构的变化以及其布里渊增益特性，并分析了其可制造性。基于其高双折射和低限制性损耗特性，此种光纤可应用于长距离光纤通信系统。

为了提高光纤横向压强传感器传感系数,降低温度对压强传感的影响,提出一种具有“三明治”结构的光子晶体光纤,并利用有限元法对其布里渊动态光栅传感特性进行数值模拟。研究了不同压强和温度条件下光子晶体光纤双折射频移的变化,分析了光子晶体光纤结构对其传感特性的影响,结果表明:设计的光子晶体光纤具有高传感精度,0~40 ℃下光子晶体光纤慢轴方向上双折射频移的压强传感系数约为692 MHz/MPa,光纤快轴方向上压强传感系数约为-404 MHz/MPa,0~40 MPa下温度系数仅为0.18 MHz/℃;与利用普通保偏光子晶体光纤设计的传感系数为199 MHz/MPa的压强传感系统相比,灵敏度提高了493 MHz/MPa。设计的光子晶体光纤提高了横向压强传感器传感系数且不易受温度的影响,适用于高精度静水压强传感领域。

光子晶体光纤具有较强的可设计性，一般通过改变光子晶体光纤包层中空气孔的大小、形状或者排列方式对光纤的传输特性进行调节，以此实现高双折射、高非线性、平坦色散及低限制性损耗等特性。光子晶体光纤的传输特性在不同领域中具有较大的应用价值，如分布式传感、飞秒激光器和气体传感器等。文章首先介绍了光子晶体光纤的结构特征以及与普通单模光纤的区别，在此基础上针对各种典型的光子晶体光纤结构分析了其色散和非线性等传输特性。详细介绍了基于光子晶体光纤的分布式光纤传感、飞秒激光器和气体传感器的传感机理以及达到的传感性能，并与非基于光子晶体光纤的传感器的传感性能进行了比较，验证了基于光子晶体光纤传感器的优异性能。最后对光子晶体光纤的发展及应用进行了总结与展望。