为了补偿光纤色散对高速信号传输的限制, 提出一种全固双层芯色散补偿光子晶体光纤.首先对该光纤模式耦合特性进行理论分析, 然后利用多极法进行模拟计算, 得到该光纤包层结构参数与色散值以及相位匹配波长之间的关系, 并对其规律进行研究.通过优化光纤结构参数, 得到在1 550 nm处, 色散值达到-32 620 ps/(nm·km)、损耗为0.29 dB/km、与标准单模光纤的熔接损耗为4.77 dB的色散补偿光纤.该光纤可补偿1 910多倍长度的SMF-28单模光纤的色散, 补偿能力远大于常规色散补偿光纤.与空气孔-石英结构色散补偿光子晶体光纤相比, 全固色散补偿光子晶体光纤具有易制备、易与传统通信光纤熔接等优点.

提出了一种椭圆型高双折射光子晶体光纤，并采用多极法分析各结构参量对模式基模模场、双折射、损耗特性的影响.结果表明：改变椭圆型空气孔的椭圆率和包层椭圆率的大小,在波长1 550 nm处, 该光纤可获得2.26×10－3的双折射，限制损耗为2.8×10－3dB/km，且此时x偏振方向和y偏振方向相差数十倍，有利于光信号偏振传输，可用于制造偏振单模传输的保偏光纤；在1 300~1 500 nm的波长范围内，该光纤有稳定的大小为10－6的低损耗.

提出了一种复合结构的光子晶体光纤, 采用多极法对其双折射、限制损耗、基模模场以及色散特性进行了数值模拟。研究表明,该光纤在1550nm处可获得1.56×10-2的双折射, 限制损耗为7.31×10-3dB/km, 负色散达-320ps/(nm·km), 且损耗在1300~1600nm范围内基本稳定。

利用硫系光子晶体光纤色散可控特性，设计了一种宽带超低色散平坦硫系光子晶体光纤，采用多极法研究了孔间距和占空比等参量对色散曲线的影响.通过优化包层中不同层数空气孔的直径，获得内两层气孔半径为0.7 μm，外两层气孔半径为0.8 μm和孔间距为5 μm的光子晶体光纤结构.模拟结果显示，该光纤在3~5 μm波段可实现宽带色散平坦，且色散绝对值低于3.8 ps·nm－1·km－1.

采用多极法理论研究了光子晶体光纤的非线性和色散特性。数值模拟结果表明：保持孔直径与孔间距比值d/Λ不变，减小孔直径d；或者保持孔直径d不变，增大d/Λ，这两种方法都不仅可以显著提高光子晶体光纤的非线性，而且能够有效地将其零色散点λ0向短波长方向移动。光子晶体光纤的高非线性和灵活可调的色散特性为产生宽带、可见的超连续谱提供了前提条件。

为了理论分析PCF(光子晶体光纤)的损耗特性，采用多极法研究了包层空气孔直径、孔间距和空气孔层数等参数对PCF 1.31和1.55 μm波长处损耗特性的影响。结果表明，选择高空气填充率的结构和增加包层空气孔层数都可以降低PCF损耗；通过增大最外层空气孔直径可在保持色散特性不变的情况下显著降低PCF的损耗。该结论可以为设计低损耗特性的PCF提供理论依据。

应用多极法对正方晶格微结构光纤的损耗特性进行了数值模拟, 研究了包层各层空气孔直径和包层空气孔层数在1.31μm和1.55μm处对损耗特性的影响。研究发现, 通过选择高空气填充率的结构参数可以有效地降低光纤的损耗; 通过增大最外层空气孔的直径或包层空气孔层数, 可在保持色散特性不变的基础上显著降低光纤的损耗。文章的计算和分析可以为设计适当色散特性的低损耗微结构光纤提供理论依据。

为了得到平坦色散高非线性的光子晶体光纤，设计了一种用于新颖的八边形三包层光子晶体光纤结构，采用多极法研究了空气孔直径、孔间距对色散和非线性的影响。结果表明，色散值和非线性系数随着内层空气孔直径d1的增大整体逐渐减小；随着第3圈空气孔直径d3的逐渐增大，色散值逐渐增大，但非线性基本保持不变；第2圈及外圈空气孔直径的变化对色散及非线性的影响较小。通过合理调节结构参量，在1.46μm~1.73μm近270nm波段内，色散绝对值在0.5ps/ (km·nm)范围内波动；在1.5μm~1.65μm近150nm范围内的非线性系数值介于42.5W-1·km-1~50W-1·km-1。这一结果对设计特定功能的光子晶体光纤提供了理论参考。

硫系玻璃与石英玻璃相比具有高折射率（2.0～3.5）、低声子能量 (<350 cm－1)、优良的中远红外透过性能(可至25 μm)等特性.本文制备了一种在中红外具有优良透过特性的无As环保型Ge20Sb15Se65硫系玻璃材料，以此为基质材料设计了一种三层空气孔结构光子晶体光纤，利用多极法对光纤的中红外色散特性进行了数值模拟，系统研究了结构参量孔径d、孔间距Λ 以及d/Λ 对其色散特性的影响.分析表明：通过改变包层空气孔直径d或空气孔间距Λ，可灵活的调节光子晶体光纤的零色散波长向短波或长波方向移动.通过优化结构参量发现，当Λ=3 μm，d/Λ=0.35 附近变化时，可获得3~5 μm色散平坦，且色散值小于5 ps·nm－1·km－1的光子晶体光纤.

设计了一种宽带色散补偿光子晶体光纤，此光子晶体光纤在整个C波段具有较大的负色散值，且其色散斜率值均为负值。通过合理选取光子晶体光纤的层数和孔间距，同时优化各层的空气孔直径大小，分别设计了在1550nm附近的色散值为-425、-440和-400ps·km-1·nm-1；且色散斜率分别为-1.49、-4.31和-8.59ps·km-1·nm-2的宽带色散补偿光子晶体光纤。可以分别实现与G.652和G.655光纤的卡帕值和相对色散斜率相匹配，具有较好的宽带色散补偿能力。