设计了一种新型多层次结构的光子晶体光纤，其纤芯区域由大、小两种椭圆空气孔包围而成，而所有空气孔是沿y轴堆叠排布且关于x轴对称的。利用有限元法对该光纤的二维模型进行数值分析，在施加0~40 MPa的横向压力的情况下将温度的研究范围扩大到−100~100 ℃，在低温高压力的情况下计算不同温度和压力下的双折射频移以研究其温度和压力传感特性。研究表明，该光子晶体光纤的压力灵敏度可以达到1.021 GHz/MPa，其温度灵敏度为0.554 3 MHz/℃，与目前最优的具有“三明治”结构的光子晶体光纤设计的灵敏度为692 MHz/MPa的横向压力传感系统相比提高了328 MHz/MPa，适用于海底、土木等恶劣环境的高精度监测。

基于受激布里渊散射和弹性声学理论，给出了布里渊动态光栅理论模型。基于光纤布拉格光栅理论，采用数值模拟的方法计算了布里渊动态光栅的反射谱，证明了布里渊频移引起的布拉格波长下移等于多普勒频移。计算了泵浦功率为0.1~30 W、脉宽为2~10 ns、单模光纤芯径为8~10 μm时的反射率和光谱宽度。当功率增长到30 W、脉宽达到10 ns时，峰值反射率分别达到2.17×10^-6和7.16×10^-9；反射谱的光谱宽度随着脉冲宽度的增加而减小，当脉冲宽度为10 ns时，最小光谱宽度为1.2×10^-4 nm；当纤芯直径减小到8 μm时，反射率增长到6.64×10^-11。计算结果表明，布里渊动态光栅的反射率与泵浦波的功率和脉宽呈正相关，与光纤的纤芯直径呈负相关；反射谱的光谱宽度不受泵浦波功率和纤芯直径的影响，但与脉冲宽度呈负相关。

设计了一种新型边孔型保偏光子晶体光纤，在包层中对称地引入两个大空气孔，纤芯区域与大空气孔之间仅有一层小空气孔。由平面应变假设将该模型进行二维简化，利用有限元法对该光纤的二维模型进行数值分析，通过计算不同温度和静压力下的双折射频移以研究其温度和静压力传感特性。研究表明，在较大静压力和温度范围内，该保偏光子晶体光纤无需掺杂任何应力材料就可以实现-2.135 3 GHz/MPa的静压力灵敏度且具有温度不敏感性，其温度灵敏度仅为+0.154 2 MHz/℃。另外，还对该光子晶体光纤的光学特性进行了分析，其满足单模传输条件、具有较小的限制性损耗和较大的有效模场面积。由于具有体积小、与其他光纤兼容度强、静压力灵敏度高、温度不敏感的特性，其在温度变化不定、静压力改变区间较大的环境中静压力精确测量的优势比较明显，较好的光学特性使其在油井、土木的监测应用等方面有着重要参考价值。