本文是一篇教学论文, 旨在通过对具体实例中不同物理过程的分析来定性解释光导拓宽固体材料折射率引导光纤光谱、多孔光纤光谱、光子带隙光纤光谱和纳米线光谱的原理。

为降低偏振拍长对波长变化的敏感性，扩大多孔光纤偏振器件的工作带宽，针对一种包层空气孔呈圆形阵列分布的多孔光纤，应用全矢量有限差分光束传播法分析了不同参数的包层结构对偏振拍长及其相对变化率的影响，通过横向伸缩形变在包层中引入特定的非对称结构，这种方法不仅有效降低了偏振拍长的波长敏感性，而且偏振拍长对这些特定包层结构参数的误差微扰不敏感，在1.2~1.7 mm 波长范围内，偏振拍长的相对变化率小于±4%，工作带宽达到500 nm，同时包层结构几何参数的误差容限达到0.1 mm 量级，较好地兼顾了偏振拍长的宽带稳定性与多孔光纤工艺制作可行性。

提出了一种基于填充式多孔光纤的宽带太赫兹偏振分离器。结构设计采用折射率反转匹配耦合法，数值模拟采用有限元法，光纤基底选择聚合物材料TOPAS。研究了普通三角晶格多孔光纤填充前和填充后的色散和双折射特性，发现通过隔行填充匹配材料，多孔光纤的模式双折射提高了一个数量级，由10-3提高至10-2。利用两根纤芯微结构具有正交关系的填充式多孔光纤实现偏振分离功能。模拟结果表明，该偏振分离器在0.8~2.5 THz频率范围内都能够实现偏振分离。在1 THz，分离长度为0.77 cm；x，y两偏振奇模和偶模的实际吸收损耗均小于0.2 dB；消光比分别为-12.73 dB和-13.70 dB。与以往双芯光子晶体光纤偏振分离器设计相比，该设计具有结构简单、易于实现、可调谐、宽带和低损耗等优点。

为制作宽带稳定的光纤偏振控制器件，提出了一种具有宽带稳定偏振拍长的多孔光纤模型.该模型通过调节纤芯附近一对特殊气孔和本底气孔的大小、形状以及气孔的间距，在包层中引入特定非对称结构.由于多孔光纤的偏振拍长对这些特定的非对称结构参量的误差扰动不敏感，而利用这些特定非对称结构产生的具有不同变化趋势的双折射相互补偿可以抑制双折射的非线性变化，因此不仅能有效降低偏振拍长的波长敏感性，而且能够同时降低偏振拍长对包层结构参量误差的敏感性.研究结果表明：以偏振拍长的相对变化率小于±4%为限，在1 550 nm波长窗口附近工作带宽达到200 nm，同时包层结构几何参量的误差容限达到0.1 μm量级，为实际拉制具有宽带稳定偏振拍长的多孔光纤提供了较为可行的工艺结构参量.

针对溶解氧浓度微量探测的现实需求, 提出了一种基于荧光猝灭原理、利用多孔光纤实现的溶解氧浓度测定新方法。该方法将钌联吡啶［Ru(dpp)3］Cl2掺杂的凝胶薄膜修饰在多孔光纤的内壁上, 制备了一种溶解氧测定探头并对其测试性能进行表征。光纤贯穿整个长度的孔洞结构既可以作为敏感膜的载体, 也可以作为待测物流过的通道和反应场所。与传统测试方法相比, 该测试探头的多孔道结构显著提高了比表面积, 指示剂可以与溶解氧直接反应, 提高了探头的敏感性并且具有微量探测的潜力。实验结果表明, 在0～20 mg/L的浓度范围内, Stern-Volmer曲线近似线性, 响应敏感度I0/I为3.6, 响应时间为200 ms。该测试方法在溶解氧微量探测领域具有重要用途。

为降低双折射多孔光纤偏振拍长的波长敏感性，制作宽带稳定的光纤偏振器件，提出一种包层空气孔呈矩形阵列分布的多孔光纤包层结构设计方案，在包层中引入具有不同双折射变化趋势的非对称性结构，采用全矢量波束传播法并考虑熔融石英的材料色散，计算分析了不同结构参数对偏振拍长稳定性的影响。研究结果表明，这种多孔光纤的包层结构降低了偏振拍长的波长敏感性，在1.26～1.60 [μm]波长范围内，偏振拍长的相对变化率小于±4%，达到制作光纤波片的宽带稳定性能要求；同时，优化后包层结构的几何参数具有较大的误差容限，进一步降低了制作工艺的难度。

针对菱形晶格多孔光纤，应用全矢量有限差分光束传播法分析了纤芯附近一对特殊气孔、本底气孔以及对角线上的气孔间距对偏振拍长波长敏感性的影响，初步得出包层结构的优化参数，再通过横向伸缩形变引入两种新的非对称结构，进一步抑制多孔光纤原有双折射随波长的非线性变化，在降低偏振拍长波长敏感性的同时包层结构的几何参数也获得了较大的误差容限，结果表明，偏振拍长的中值为132.5 mm，在波长1.2～1.7 μm范围内，相对变化率小于±4%，同时优化后包层结构的几何参数误差容限大于0.1 μm，为制作多孔光纤宽带消色差波片提供了较为可行的工艺参数。

针对一种圆形晶格微结构光纤，采用有限差分波束传播法对多孔光纤的模式双折射特性进行数值模拟。通过分析横截面结构参数的变化对模式双折射的影响，得到了合适的光纤结构参数，其偏振拍长可以在1310 nm附近较宽的波长范围内基本保持稳定，工作带宽可达200 nm，具有较好的消色差特性。这种结构的光纤适合制作宽带稳定的消色差波片。

针对六边形晶格微结构光纤，采用有限差分波束传播法对多孔光纤的模式双折射特性进行数值模拟，分析了横截面结构参数的变化对模式双折射的影响。得到了两组合适的光纤结构参数，其偏振拍长可以在较宽的波长范围内基本保持稳定，具有较好的消色差特性：一种结构的偏振拍长在1310 nm波长附近的工作带宽可达200 nm；另一种结构的偏振拍长在1550 nm波长附近的工作带宽可达260 nm。这两种结构的光纤均适合制作宽带稳定的消色差波片。

设计了一种新型多孔光纤，利用有限元法数值模拟了结构参数变化对其色散系数、模场面积、非线性系数的影响。研究表明，该种光纤不仅结构简单，而且具有非常优越的色散性能。经过合理优化，设计了在900 nm的超宽波长范围内保持低平色散并具有三个零色散点（λ=1.0 μm，λ=1.53 μm，λ=1.81 μm）的多孔光纤。该结果对新型光纤的设计具有一定的指导意义。