银纳米颗粒与光子晶体光纤、表面增强拉曼散射效应结合而成的PCF SERS传感器得到了科研界的广泛关注。而PCF结构、SERS基底的性能是传感器的重要影响因素。为了进一步提高SERS PCF传感器的性能，通过研究对比PCF和SERS基底结构参数对传感性能的影响，设计出适用于PCF SERS传感的空芯PCF以及SERS基底的结构参数。通过数值计算，设计的空芯PCF空气填充率为56.30%，当激发光波长785 nm时存在光子带隙，并能够实现单模传输。而半径为38 nm的银纳米球在间距为0.7 nm时能够产生最大的SERS增强因子。研究证明，设计的空芯PCF在785 nm输入波长下既能够基模传输激发光，又能够为SERS提供理想的活性面积，而且银纳米颗粒的形状、尺寸、间距对SERS性能影响严重，而且与入射波长有很强的依赖关系。

通过调整结构参数, 优化设计了一种高非线性高双折射的光子晶体光纤(PCF)。该光纤的包层结构由大小不同的圆形空气孔按六边形排列, 纤芯中心沿着x轴引入两个椭圆空气孔。采用全矢量有限元法, 并以完美匹配层作为边界条件分析了该光纤结构的模场分布、有效折射率、有效面积、非线性系数及双折射特性, 并且分析了光纤结构参数对这些特性的影响。分析表明, 调节最内层纤芯周围的大空气孔和椭圆空气孔的大小可有效地控制非线性系数和双折射特性。数值分析显示: 适当地调节结构参数后, 该光纤在波长1.55 μm处的非线性系数最大值可达53.5 W-1·km-1 ; 双折射系数为1.092 9×10-2, 比传统光纤高两个数量级。该光纤在对于非线性和双折射需求高的通信系统中具有好的应用前景。

数值分析了亚波长悬浮芯光纤在气体传感方面的应用。利用有限元法研究了相对灵敏度、有效模场面积、限制损耗与光纤参数包括纤芯直径和光纤材料折射率之间的关系。结果显示，相对灵敏度和限制损耗随着纤芯直径和光纤材料折射率的降低而增加。随着纤芯直径的减小，有效模场面积出现了先减小后增加的现象。增加包层孔直径能有效降低限制损耗，而相对灵敏度和有效模场面积保持不变。这些结果证明，亚波长悬浮芯光纤非常适合成为高灵敏度、大有效模场面积、低限制损耗的气体传感器。

为了得到高非线性低损耗光子晶体光纤，设计了八角格子圆形空气孔组成的光子晶体光纤结构。利用全矢量有限元法并结合完美匹配层吸收边界条件，对该光子晶体光纤的纤芯材料折射率、非线性系数和限制损耗进行了数值模拟。数值模拟结果表明，该光纤呈现高非线性、低损耗和较好的模场约束能力。调整光纤参数为d1=0.77 μm，d2=0.86 μm时可以得到更好的结果，在波长1.55 μm处获得高的非线性系数37.6 km-1·W-1和低限制损耗0.7×10-17 dB/km。

基于液体材料填充的微结构光纤光子器件有效地将功能材料在不同外界物理场作用下的物理效应同光纤自身的微纳结构结合起来，具有可调谐、设计灵活、全光纤结构和易于集成等优点，是未来光纤光子器件发展的重要方向。掌握不同填充材料、填充方法及所制作器件的不同特性、功能和应用对这一领域的研究具有重要的指导意义。综合阐述了近年来基于液体材料填充的微结构光纤光子器件的研究进展，分析和归纳了各种液态功能材料的种类、物理特性及填充方法，系统阐述了基于该种方法实现的光开关及衰减器、滤波器、调制器、色散补偿器等可调谐光纤光子器件及光纤传感器件，最后对该领域未来的发展方向和前景进行了展望，为未来新型光纤光子器件的研制提供必要的依据和参考。

针对光纤的泵浦耦合问题，对由两片非球面透镜组成的接近1∶1光纤间空间耦合器进行了计算和实验验证.利用高斯光束的变化规律对光路进行了分析研究，并根据二极管输出光相干性不好的特点，对非球面透镜进行了光路追迹的模拟计算.研究发现，在泵浦光波长等因素发生变化时，利用椭球面透镜组成的耦合系统较双曲面透镜有更高的稳定性.实验中选用符合计算结果要求的非球面透镜组成耦合装置,利用一台二极管激光器(尾纤输出端面直径约200 μm，N.A.约0.2)泵浦一段芯径约200 μm(N.A.约0.42)的多模光纤，耦合装置的透过率约95%，在光纤端面有反射的条件下约90%的泵浦光耦合进光纤.

基于在折射率引导型光子晶体光纤(PCF)上写制长周期光栅(LPG)，并填充折射率温度敏感型液体，提出了一种新型温度传感器。应用全矢量有限元法，计算了在六角形结构排列的大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)的空气孔中填充液体乙醇前后，PCF的纤芯基模和包层模的模场分布和色散曲线。根据耦合模理论，分析了光子晶体光纤长周期光栅(PCF-LPG)的传输谱随温度变化的关系。研究表明，填充液体乙醇后，在-20 ℃~80 ℃范围内PCF-LPG传输谱中心波长随温度近似以线性变化，其温度敏感度为1.766 nm/℃。

设计了一种新型的光子晶体光纤(PCF)，使其能同时实现高非线性，超平坦色散和低损耗。通过基于全矢量有限元算法的模拟软件COMSOL，分析加了各向异性完美匹配层的八层空气孔光子晶体光纤的有效模场面积，色散特性以及光纤的限制损耗。数值模拟结果指出在波长1.55 μm处可获得36.2 W-1·km-1的高非线性系数。在1.37~1.70 μm共330 nm波长范围内，光子晶体光纤的色散值可达到(0.3±0.3)ps/(nm·km)，同时限制损耗在1.37~1.62 μm波长范围始终低于0.1 dB/km。

针对常温工作条件下利用磷酸氧钛钾（KTP）晶体对钇铝石榴石（NdYAG）晶体1319 nm激光三倍频产生440 nm蓝色激光的实验，对三倍频KTP晶体的相位匹配角进行了理论计算和实验研究。通过多组色散方程得到KTP晶体的相位匹配角，并计算出相应的有效非线性系数。选取一组结果（θ=84.6°，φ=0°）对KTP晶体切割，利用一台1319 nm激光器，将晶体放入腔中，采用旋转晶体偏角和调节温度的方法寻找出三倍频KTP晶体最佳匹配角度（θ=85.04°，φ=0°）。该晶体经过重新切割，440 nm蓝色激光输出的光束强度有了明显的提高，最佳工作温度为18 ℃。

以激光二极管阵列抽运Nd∶YAG内腔倍频激光器作为抽运源,实现了全固态准连续钛宝石激光器的高功率、高效率运转。当532 nm的抽运光为24 W时,得到了4.7 W输出功率及19.6%的高转换效率。为了获得钛宝石激光器理想的宽带输出,分别使用了两组膜片。第一组是750～850 nm,第二组是850～950 nm,每组膜片都有三种透过率,分别为5%,10%,15%。由于钛宝石荧光谱线的中心波长在795 nm附近,使用第一组膜片在透过率为10%的情况下获得了最大4.7 W的输出功率。使用第二组膜片也获得了3 W左右的输出功率,为将要进行的宽带调谐提供了必要的前提。