通过在充氪(Kr)气体的空心Kagome光子晶体光纤中输入超短脉冲，产生中红外波段的色散波，并利用单向脉冲传输方程对色散波进行数值模拟和分析。主要探讨了两种输入脉冲：中心波长为1.4 μm的高斯型脉冲和在此基础上加入其双倍频叠加而产生的双色近锯齿波脉冲。两种情况下均产生了多个色散波，并符合相位匹配条件。为优化色散波，将近锯齿波作为抽运光。当充入光纤的Kr气体因抽运光压缩而二次电离时，已产生的色散波发生转换，变为新的更长波长的色散波。这种色散波现象可以通过等离子体修正的相位匹配条件来解释。深入探讨了中红外波段超短脉冲的产生机制以及色散波理论。

光子晶体光纤具有特殊的导光机制和结构可调性, 可以产生奇异的色散特性及高非线性, 为非线性光纤光学领域的研究提供了新的条件。 受多种非线性光学效应的共同作用, 在不同泵浦光脉冲参数条件下, 不同结构参数及传输特性的光子晶体光纤能产生丰富的非线性光谱。 利用分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程, 模拟飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输过程, 获得输出光谱与入射光脉冲参数(泵浦光峰值功率P、 泵浦光波长λ、 光脉冲形状、 光脉冲宽度TFWHM)、 光纤结构参数(孔间距Λ、 空气填充比d/Λ、 光纤长度z)、 传输特性(色散、 非线性系数)的关系, 分析拉曼孤子、 色散波、 自相位调制等非线性效应产生的光谱特性。 利用光子晶体光纤包层节区进行非线性光学实验研究, 获得了孤子波和色散波的宽带光谱输出。 理论分析与实验测量的光谱中都包括了波长0.5 μm附近可见光波段的蓝移色散波、 0.82 μm波段的剩余泵浦光、 1.1 μm波段的孤子波、 2 μm附近的红移宽带色散波。 理论分析与实验测量结果一致, 阐明光子晶体光纤中非线性光谱产生的物理原理, 实现了对宽带光谱的可控输出, 为高非线性光子晶体光纤的结构设计、 制备及非线性光谱的应用研究奠定基础。

通过数值模拟双零色散波长光子晶体光纤(PCF)中超连续谱(SC)的产生，详细分析了在正常和反常色散区抽运时超连续谱的产生机理。模拟了四种不同结构参数的双零色散波长光子晶体光纤中超连续谱的产生，进而分析了两个零色散波长位置及间隔对光谱分布的影响。基于数值模拟，提出了通过优化光子晶体光纤的结构参数设计，实现控制超连续谱的谱宽和能量分布的方法。

基于光子晶体光纤中脉冲演变遵循的非线性薛定谔方程，用数值方法研究了三阶色散为负的情形下，自陡效应对红移色散波的影响。结果表明：由于红移色散波产生的机理不同于蓝移色散波，自陡效应对红移色散波的影响并不显著。

通过数值模拟飞秒脉冲在具有双零色散波长的光子晶体光纤中的传输过程，详细分析了超连续谱的产生和控制机制.结果表明：中心波长处于反常色散区的泵浦脉冲在高阶非线性和高阶色散等作用的调制下，将演化为基孤子和正常色散区的两个色散波；该色散波进而经与之相位匹配的基孤子相干加强而使频谱展宽形成超连续谱，同时两个色散波上出现了干涉引起的振荡现象.进一步对比三种结构的光子晶体光纤中超连续谱的特点，定量分析了两色散波对超连续谱的限制作用，阐述了结构参量对超连续谱的影响.基于上述结论，结合对色散波的中心波长与光子晶体光纤的色散曲线、结构参量之间关系的分析，提出了设计光子晶体光纤的结构来控制超连续谱的方法.作为例证，通过优化光子晶体光纤结构理论上实现了频谱分量覆盖可见光区的平坦超连续谱.

利用孤子微扰理论分析了克尔透镜锁模激光器中由高阶色散效应引起的色散波,给出了色散波的频率位置、时间宽度和所包含的能量的解析表达式,与实验结果符合得很好。此结果对于设计腔内色散,以改善脉冲光束质量,减少脉冲能量损失,获取最短光脉冲具有重要意义。