为了同时获得高双折射和色散平坦特性的光子晶体光纤，本文提出了一种包层以椭圆空气孔为纤芯，四周环绕正方形空气孔的光子晶体光纤结构。基于不同纤芯椭圆率、不同纤芯填充材料，对所提光子晶体光纤结构的双折射、色散、非线性等性能进行了讨论。结果表明，在波长1.55 μm 处，当纤芯椭圆率不同，填充材料相同时，最大双折射值为0.37，最大非线性系数值277.76 W^-1×km^-1；当纤芯填充材料不同，椭圆率相同时，最大双折射值为0.34，最大非线性系数值为307 W^-1×km^-1。在波段1.26 μm～1.8 μm范围，色散呈现出近零色散平坦特性，变化范围不超过±12.5 ps/(nm×km)，带宽0.6 μm。

为了获得色散平坦特性良好的光子晶体光纤, 采用有限元法进行了理论分析和实验验证, 取得了有效折射率、色散系数随波长的变化数据。当空气孔直径d=1.6μm、孔间距Λ＝2μm时, 在1.2μm～2.1μm波段内, 色散平坦特性较好, 且在1550nm波长处的色散系数值为108.20ps/(nm·km), 并在此结构基础上, 研究了填充材料、不同填充方式对色散特性的影响。结果表明, 采用“十”字形的填充方式获得的色散特性更好, 当采取普通酒精为填充材料时, 波长在1550nm处的色散系数值可以减小到20.39ps/(nm·km), 接近G.652标准单模光纤在1550nm处的色散系数值。这一结果对光通信领域的研究是有帮助的。

设计了基于正四边形晶格空气孔排列的光子晶体光纤,并在此基础上,通过在纤芯附近引入不同的微结构空气孔,运用全矢量有限元差分法,对不同微结构的光子晶体光纤的模式有效折射率、限制损耗、模场有效面积、非线性系数、波导色散系数等特性参数进行了仿真与分析。结果表明:引入不同的微结构,可以减小有效模场面积和增大非线性系数;引入正四边形微结构空气孔时,其限制损耗整体变化幅度较小;引入正八边形微结构空气孔时,其对应的波导色散系数在中波段变化比较平坦,且在波长为1 550 nm处波导色散系数接近于零;引入正十二边形微结构空气孔时,其波导色散系数均为负值且变化幅度不大,可以应用于光纤的色散补偿。根据对引入不同微结构的光子晶体光纤的特性研究,为进一步研究光子晶体光纤提供一定的参考。