设计了一种基于阿基米德螺线的新型螺旋光子晶体光纤, 该光纤以二氧化硅为基底材料, 包层由24个螺旋臂组成, 每个螺旋臂包含11个小空气孔, 纤芯设有大空气孔, 包层与纤芯中间的环形区域用于传输轨道角动量模式。该结构在1300~1800nm波段上可支持22种轨道角动量模式稳定传输, 在1550nm波长下, 有效折射率差最高可达 2.89×10-3, 色散系数最低可达 66.4ps/(nm·km), 非线性系数最低可达2.17W-1·km-1, 且1500~1600nm 波段上的色散值变化均小于15.15ps/(nm·km)。此螺旋光子晶体光纤不仅结构简单, 且具有低非线性、色散平坦的性能, 为螺旋光子晶体光纤的设计提供了思路。

光子晶体光纤(PCF)的内部结构及材料对传输特性具有重要影响, 构建PCF的仿真模型能够快速有效地优化光纤的设计和缩短研制周期。采用全矢量有限元数值仿真方法, 研究了结构参数对PCF的模式特征、双折射、非线性、有效面积、限制损耗和色散等特性指标的调控机制, 并通过在纤芯中心位置引入轴对称分布椭圆形空气孔的方式, 实现了在1.55 μm波长处获得了高达1.39×10-2的双折射、10-7量级的限制损耗和高达37.98 W-1·km-1、44.39 W-1·km-1的HE■■、HE■■非线性系数, 以及在0.8~2.0 μm波段获得了色散值为-1.3±0.3 ps/(km·nm)的近零色散平坦。

针对光子晶体光纤的非线性问题，设计了新型准光子晶体光纤结构。所设计的准光子晶体光纤的纤芯采用圆形空气孔，中心孔作为缺陷，前3层通过小孔结构形式实现内包层。结构的电磁场分析表明：随着入射角的增大，横向磁场模式的禁带会明显变窄，横向电场模式的禁带会明显变宽。参数分析后得出以下结论：在光通信的1 550 nm波长附近,结构的色散曲线表现了高平坦的特性；通过控制孔间距或者空气孔层数能实现限制损耗的控制，进而将损耗限制到非常小甚至为0的阶段。

为了获得超平坦色散特性，且有较大的模场面积和较小的限制损耗，从麦克斯韦方程组出发,采用有限元法，在考虑到纯石英材料自身色散的前提下，进行了相应的理论分析，计算得到了光子晶体光纤的模场分布、基模有效折射率和色散系数等参量关系，可知光纤色散值的变化在±1.0ps·km-1·nm-1以内，模场面积都大于40μm2，限制损耗小于0.2dB/km。结果表明,调节空气孔直径和包层空气孔间距的大小, 改变介质的填充比,可以有效地控制光子晶体光纤的色散与模场面积。

为了得到一种新的具有低限制损耗和平坦色散的光子晶体光纤，设计了具有6层空气孔的正八边形结构，将包层分布为3种不同空气孔直径d1,d2,d3，采用多极法数值模拟了这些结构参量对其色散特性和限制损耗的影响。得到在1.3μm~1.72μm波长范围内，光纤的色散系数介于-0.1ps/(km·nm)~0.58ps/(km·nm)之间，在波长1.55μm处的限制损耗达到了0.16dB/km的平坦色散低限制损耗光子晶体光纤。结果表明，特殊的八边形结构比较适合用于平坦色散低限制损耗光子晶体光纤的研究。这一结果对于光子晶体光纤在光通信的应用是有帮助的。

研究了光子晶体光纤中的四波混频效应及其波长转换.采用长度为25 m的高非线性色散平坦光子晶体光纤,当泵浦功率为19.8 dBm时,得到100 nm的转换带宽和－20 dB的最大转换效率.实验结果表明,当信号功率低于四波混频阈值时,两路不同波长的信号同时输入产生的四波混频效应互不影响.

文章作者设计了一种新型的光子晶体光纤(PCF)，在纤芯引入了一个小空气孔形成缺陷，并改变第一层空气孔的直径。采用平面波法研究了该PCF的色散特性，结果表明，该光纤能够得到比传统的PCF更低、更平坦的色散曲线；通过优化该光纤的结构参数，可以设计在1 350～2 010 nm波长范围内近于零的平坦色散PCF，其色散变化ΔD＜0.5 ps/(km·nm)，在1 320~2 040 nm波长范围内色散斜率变化ΔDslope＜0.02 ps/(km·nm2)。