研究了光学涡旋在光纤中传播特性。从Maxwell方程出发，推导光波导中的波动方程，并进行阶跃光纤传输的本征模式求解，根据光学涡旋模式(OAM模)和线偏振模式(LP模)与矢量模式之间的关系，解出光学涡旋以及线偏振模在光纤中的模式分布，理论分析了光学涡旋在光纤中较LP模的传播优势，并通过计算模拟其在弯折光纤中的传播过程，发现其光场强度空间分布具有周期性旋转特性。研究光纤弯曲半径以及涡旋拓扑荷对光学涡旋传播的影响。光纤弯曲半径越小，传输损耗越大；涡旋拓扑荷越大,传输损耗越大，对应的旋转周期越小。

在拉曼效应和参量放大共同作用下, 当激光脉冲在双折射光纤中传输时,根据所遵循的耦合模方程, 通过引入平行拉曼增益的洛伦兹模型, 导出了当输入泵浦波偏振方向同双折射轴成45°角时, 在双折射色散阶跃光纤中拉曼效应和参量放大共同作用所导致的增益, 讨论并分析了在不同色散区增益谱随相关参量的变化。结果表明: 由于拉曼效应、参量放大、双折射和色散的相互作用, 导致增益谱的斯托克斯波与反斯托克斯波彼此不对称; 在反常色散区, 产生的增益以反斯托克斯波为主, 在正常色散区则以斯托克斯波为主; 当表征距离的级数m发生变化时, 增益谱也随之发生变化, 可以利用色散阶跃光纤在适当的级数m位置提取T频率脉冲。

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。

利用标量解法，导出了弱导阶跃光纤线偏振模(LPmn)的场分布和LPmn混合模式的光强表达式。结果表明，低阶LPmn模的模场范围均随纤芯半径的增加而增大，随纤芯折射率的增加而缩小，随包层折射率的增加而扩大；随传输距离和模式混合份额的增加，LPmn混合模式的光强减少；非相干混合模的M2因子随高阶模式光强所占分额的增加而逐渐变大，M2并非一直随纤芯半径的增加而增大，存在着一个临界值a=30 μm。

引入材料色散和漏泄模式光线的传输效应,对D.Gloge多模光纤脉冲响应公式进行修正,利用修正后公式数值计算了在闪烁光激励下纤芯半径为0.1 mm、长50 m的石英阶跃光纤的冲击响应波形,该波形近似一高斯函数,半高宽为3 ns,前沿比后沿慢0.8 ns,且后沿存在拖尾。用该响应波形通过数值方法得到了闪烁体-光纤系统时间响应波形,与实验结果相比较,两者基本吻合。

本文将等效阶跃光纤方法(ESFM)推广到多包层光纤.当已知多包层坯棒折射率分布,则利用这种方法可严格计算出该坯棒的等效阶跃光纤的等效折射率差,从而可方便地估算出该坯棒拉制出光纤的各种传输参数.文中以计算双包层椭圆光纤的截止波长为例作为部分验证.理论计算和实际测量的结果表明,除个别情况外,精度达到5%.因而,在工程上解决了为确定多包层光纤的截止波长(或拉丝半径),而必须进行重复凑试拉丝和测量的困难,大大节省了时间、精力和材料.