为了解决光纤通信系统中的色散补偿问题，提出一种新型的用于色散补偿的双芯光子晶体光纤，其构成材料是纯石英和空气，即在常规光子晶体光纤基础上变化包层第1圈和第3圈空气孔、增大了结构参量变化的自由度。采用平面波展开法对其色散补偿特性进行了数值研究，并模拟了包层结构参量与色散之间的关系，计算得出这种光纤的色散可以达到－1956．327ps·nm^－1·km^－1，能够补偿超过自身长度100倍的普通单模光纤。结果表明，双芯光子晶体光纤在色散补偿方面具有很大潜力，在未来光通信系统中将发挥重要作用。

为了从理论上求解光子晶体光纤的接续损耗问题，采用全矢量模型，计算了全反射式光子晶体光纤、高非线性光子晶体光纤的模场半径，给出了模场半径随空气孔间距、空气孔半径以及掺杂比例的变化关系，并在此基础上分析计算了光子晶体光纤与普通单模光纤的接续损耗，得到了理论上零损耗时的光子晶体光纤的模场半径。结果表明，模场失配是高非线性光子晶体光纤与普通单模光纤以及与一般全反射式光子晶体光纤接续损耗的最主要因素，合理的设计有望实现模场匹配，将接续损耗降到最小程度。

光子晶体光纤(PCF)与普通单模光纤(SMF)以及不同结构光子晶体光纤之间的耦合损耗是急待解决的问题，采用光子晶体光纤的本地正交函数模型，对光子晶体光纤与普通单模光纤以及不同结构光子晶体光纤之间的耦合损耗进行了分析计算，得到了耦合损耗随光子晶体光纤结构参量以及波长的变化关系，给出了最优耦合的光子晶体光纤的结构参量。结果表明，PCF的孔距∧是影响PCF与SMF耦合损耗的最主要因素，当∧为某个特定值时，PCF与SMF的模场半径相等，耦合损耗最小，偏离这个特定值时的耦合损耗都会增大；PCF之间的耦合损耗取决于它们孔距的差异；此外由于模场半径与波长有关，当波长为某个特定值时，PCF与SMF模场半径相等，此时耦合损耗也最小。因此，在PCF设计过程中应综合考虑这些相关因素。

为更精细地描绘飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的传输和演化，在用分步傅里叶方法求解广义非线性薛定谔方程的基础上，详细考虑光纤参数随脉冲峰值频移的变化，模拟了飞秒光脉冲在光子晶体光纤中传输和演化的过程。研究发现，光纤色散和强非线性对飞秒脉冲在光子晶体光纤中传输、演化以及超连续谱的展宽有很大影响。

在导出自相位调制和交叉相位调制共同作用所致相位调制频率啁啾的基础上,数值研究了相位调制频率啁啾与初始啁啾的关系,并对有和无初始啁啾40Gbit/s归零码(RZ)在二阶和三阶色散完全补偿(路径平均色散为0)的色散管理偏振复用孤子传输系统中的传输效果进行计算.结果表明,在输入功率达到一定值时,初始啁啾参量C对相位调制频率啁啾的作用,决定着系统偏振复用孤子技术的成效及传输性能,适当选取初始啁啾参量C能够有效抑制偏振模色散,提高孤子脉冲稳定传输距离.

以具有初始啁啾的高斯脉冲在单模光纤中的传输为例,分析、计算了线性初始啁啾对光纤二阶、三阶色散效应的影响,指出了初始啁啾进行色散补偿的适用范围和条件,并对二阶、三阶色散完全补偿光纤链路中40Gbit/s短脉冲传输效果进行了数值计算,结果表明,依据入射功率选择合适的初始啁啾,能使脉冲稳定传输距离大幅提升.

以啁啾高斯脉冲在单模光纤中的传输为例,分别就线性初始啁啾对光纤二阶和三阶色散的补偿进行了系统的理论分析和数值计算,结果表明:线性初始啁啾对光纤的二阶色散(线性色散)有一定的补偿作用,但不能有效地用于三阶色散的补偿.

光线方程仅在系统折射率为轴对称分布及近轴近似条件下可求得解析解,而对非近轴光线,尤其是变折射率系统,只能用计算机进行光线追迹,求数值解.常用之法是Taylor级数展开法,可达到一定精度,但计算量相当大.变形光线方程后,对定义的新变量直接应用一种标准的数学积分技术--Runge-Kutta方法,可达同样精度要求,而计算量大为减小.此法的另一好处是在于计算过程中简化了各光学平面两侧折射率的计算.在介绍Runge-Kutta方法的同时,给出算例以与Taylor级数展开法比较.

用变分原理导出了非线性Schrodinger方程两个暗孤子间的相互作用,它作为孤子间距Δ和初位相差θ的函数,随Δ的增大而指数地衰减.当两个孤子间初位相差θ＜π/2时相互排斥,θ＞π/2时相互吸引,θ=π/2时几乎不存在相互作用.解析与数值计算结果相符.验证了与已有理论的一致有效性.

在计及光纤损耗的前提下,近似求解非线性薛定谔方程,分析了单模光纤的负群速度色散区群速度色散(GVD)和自相位调制(SPM)对啁啾脉冲的作用,定量计算光纤损耗和初始正啁啾对皮秒脉冲孤子效应压缩的影响.结果表明,初始正啁啾改善了损耗对压缩参量的不良影响,遏制了最佳光纤长度的增加.若选取适当的光纤长度和初始峰值功率,可以实现正啁啾脉冲在单模光纤中的有效压缩.