光子带隙光纤具有弯曲损耗小、对环境变化不敏感等优点，是极端应用条件下高稳定光纤陀螺的理想光纤。但光子带隙光纤的传输损耗大，缺乏适用于光纤陀螺的低损耗、小模场光子带隙光纤。提出了独立反谐振纤芯光纤构型，将纤芯与包层进行空间隔离，利用纤芯壁反谐振效应抑制基模与表面模的耦合，利用反谐振与光子带隙双重效应将光限制在纤芯中传输，从而实现了光子带隙光纤小模场、低损耗的特性。理论分析结果表明，所提出的光纤构型可将模场直径为～8 μm的光子带隙光纤的损耗降低至<3.5 dB/km。采用两步法制备的光纤基本复现了设计结构，但占空比与设计值存在偏差，导致带隙偏移，实验测得所制备光纤的最小损耗为～25 dB/km@1200 nm。

模场直径作为单模光纤的一个重要参数，远场可变孔径法是GB.15972.45-2008中推荐的测量方法。本文分析了单模光纤中传播光场的分布，其中光场的模式行为是亥姆霍兹方程的解，理论上应满足贝塞尔函数。对此，本文基于远场可变孔径法提出一种利用贝塞尔函数拟合光纤出射光场分布，进而由拟合得到的模场分布曲线计算模场直径。与目前常用的远场可变孔径法相比，在测量数据正常时，本方法与常用方法测量精度相当。当测量数据存在误差时，本方法仍能保证测量结果的稳定性与准确性。

为减少光纤参数波动超标，提升有效拉丝长度，基于外部气相沉积(OVD)法制棒技术研究了芯棒和尾柄的对接工艺及其与接口附近光纤参数的关系，阐述了利用自动数控车床进行芯棒和尾柄对接的工艺方法，理论分析了对接工艺对光纤性能影响的原理，并将不同对接工艺的芯棒进行拉丝对比实验。实验结果表明：使用该对接工艺的芯棒跳动值一次符合率可从90%提升至98%以上，确定了利于减小光纤模场直径波动的挤压程度DD0为1.2，且氢氧比2∶1.1是在不产生接口气泡前提下使光纤水峰性能最优的对接参数。

光纤的模场直径是评价光纤性能的一个重要参数。测量单模光纤模场直径的常用方法是远场可变孔径法。通过测量给定单模光纤透过不同尺寸孔径光阑的多组远场辐射光功率数据并对实测数据进行处理,可得到被测光纤的模场直径。在实际测量过程中,为了消除被测光纤模场中心与孔径光阑中心偏离引起的测量误差,应用多次函数拟合法对远场可变孔径法测得的数据进行处理,以此自动识别并排除测量数据中的个别不合理的误差数据,从而有效提高模场直径的测量精度。

基于光纤测量远场法原理测量光纤远场光强分布。通过改进远场法得到光纤的远场光强分布后,同时计算得到保偏光子晶体光纤的模场直径和数值孔径,使测量装置实现集成化和简便化。通过光束测试仪测量光纤的出射光强分布,光束测试仪测量的是光纤中心最大光强点的两个垂直方向上的光强分布。保偏光子晶体光纤的出射光斑是椭圆的,每个方向的模场直径、数值孔径分布并不相同。传统的测试方法不能解决这个问题。通过旋转光纤测量光纤各个方向上的光强分布,然后计算各个方向上的模场直径,最后通过拟合各个方向上的模场直径得到保偏光子晶体光纤椭圆形的模场分布。实验测得保偏光子晶体光纤椭圆光斑长短轴的模场直径分别为7.5 μm和4.2 μm,数值孔径分别为0.159和0.276。

反共振空芯光子晶体光纤(HC-PCF)在中红外光纤气体激光器中具有重要的应用价值, 其与实芯光纤的低损耗耦合是实现全光纤结构光纤气体激光器的关键技术。采用将实芯光纤拉锥后插入空芯光纤的方案开展研究。理论和实验结果表明, 利用光纤拉锥处理技术改变普通光纤模场直径, 可使拉锥光纤与空芯光纤的模场直径近似匹配, 从而实现实芯光纤与大模场直径反共振HC-PCF的低损耗耦合。对于模场直径约为35 μm的Ice-cream型反共振HC-PCF, 仿真结果表明, 当锥腰直径为30~50 μm时, 耦合效率高于95%, 最高可达98%, 实验测得锥腰直径为35 μm时的耦合效率为96.05%。该结论为大模场直径空芯光纤与实芯光纤的低损耗耦合和实现全光纤结构气体激光器的全光纤化提供了一条可行的技术途径。

提出一种新型弯曲不敏感光纤：在阶跃光纤的包层中引入微结构，排布低折射率介质柱以降低弯曲损耗，通过在纤芯外侧设置低折射率环形区以去除高阶模，通过保持环形区和纤芯的折射率差以保证光纤的低连接损耗。采用有限元法分析了光纤的基模弯曲损耗和高阶模的束缚损耗。采用光束传播法分析了微结构光纤与普通单模光纤的连接损耗。计算结果表明：这种新型光纤的弯曲损耗不仅满足G.657 A1标准的要求，且与标准单模光纤的连接损耗小于0.08 dB。

提出一种采用少模阶跃光纤与单模光纤连接的方法, 实现低弯曲损耗传输的新型光纤通信系统。采用有限元法研究了在模场直径相同的情况下少模光纤纤芯半径与折射率差的关系, 以及不同参数下光纤的弯曲损耗; 采用光束传播法计算了少模光纤的各种模式与普通单模光纤的基模的连接损耗。证明了采用少模光纤可以利用模式间的正交性实现有效的单模传输, 并具有低的弯曲损耗和连接损耗。

加热单模光纤可以增大光纤等效纤芯半径，进而增大单模光纤的模场。根据粒子扩散方程建立了加热扩芯光纤的理论模型，并对其模场特性进行了数值分析。对两种单模光纤进行了加热扩芯技术实验研究，将模场直径增大3倍左右。监测了加热扩芯带来的损耗，实验发现掺杂浓度更高的单模光纤加热扩芯损耗更小。

模场直径是光纤波导基模的特征参量。单模光纤中的功率密度与模场直径成反比。随着光纤激光器单模输出功率的不断攀升，纤芯中的功率密度不断增加，过高的功率密度会使光纤波导产生光学损伤和热损伤。基于锥形光纤模场分布近似模型，研究发现不同参数的拉锥光纤模场直径最小值位置对应的归一化频点具有规律性。采用有限差分波束传播法(FD-BPM)对不同波长、不同数值孔径下纤芯直径和模场直径的对应关系进行模拟，结果表明：模场直径最小值位置在归一化频率1.8附近，与光纤参数和波长的选取没有直接关系。这个特征参数可为高功率激光在光纤中功率密度最大值位置的快速确定提供依据，也为光纤光学理论增加了新的内涵。