采用光束传播法对双芯光子晶体光纤中光纤结构参数对纤芯间耦合效率的影响进行分析。首先，根据双芯耦合原理，使用最小二乘法对波导间的耦合系数等参数进行估计，明确孔间距、纤芯折射率差、中央空气孔直径比例、纤芯直径比例、空气孔直径比例和空气孔对称度等参数对双芯光子晶体光纤耦合比及耦合区长度的调节作用，提出一种基于双芯光子晶体光纤的耦合器性能粗调与微调设计方法。然后，根据这一耦合器设计方法，提出一种非对称的双芯光子晶体光纤宽带定向耦合器。该耦合器在1.31~1.55 μm区间实现了50%±5%的耦合比，带宽为240 nm，并具有3 mm的超短耦合长度。本研究成果可为光纤宽带定向耦合器的高效设计提供有意义的参考。

为了实现高精度温度传感的目的, 设计了一种新型双芯光子晶体光纤耦合微扰传感结构, 采用有限差分光束传播法对该结构的传感特性进行了分析。利用RSOFT软件的Beampronp模块对该传感器特性进行了仿真研究。结果表明, 在满足双芯耦合条件下, 折射率灵敏度可达7000nm/RUI; 耦合间距灵敏度可达2;在填充液体为乙醇时, 该传感结构可实现温度范围为278K~338K的检测, 在该范围内的灵敏度可达4nm/K。该传感器检测线性度高、工艺简单, 对其它相关传感器的研究有一定帮助和意义。

传统光纤式压力传感装置由于结构及材料的限制, 其灵敏度难以进一步提升。基于马赫-曾德尔干涉传感原理, 设计一种掺杂型双芯光子晶体光纤(DC-PCF)横向压力传感结构。根据不同掺杂材料和光纤截面结构参数对压敏特性的影响, 分析压力灵敏度与光纤结构关系, 综合模场面积, 获得高压力灵敏度DC-PCF结构。仿真结果表明: 当入射传输波长为1550 nm、双芯光子晶体长度为6 cm时, 横向压力下X偏振压力灵敏度可达37.56 nm/MPa, Y偏振压力灵敏度可达35.27 nm/MPa。相对传统光子晶体横向压力传感器, 该传感结构的压力灵敏度提高了近60倍。

提出了一种基于金线填充的双芯光子晶体光纤超短偏振分束器, 并进行了有限元分析.金线表面激发的表面等离子激元与双芯光子晶体光纤纤芯模之间的强烈耦合, 导致更短的偏振分束器长度和更大的工作带宽.与同类的偏振分束器相比, 所提出的偏振分束器能同时实现较短的长度和较高的消光比.数值结果表明, 长度为 0.263 mm 的偏振分束器, 在波长 1.55 μm 处消光比达 -70 dB, -20 dB 消光比带宽为 124 nm.

采用全矢量有限元方法进行光纤设计优化, 得到横截面上失去两层空气洞的双芯光子晶体光纤, 可用于液压传感.优化的双芯光子晶体光纤的模场半径和数值孔径与单模光纤基本一致, 在优化的双芯光子晶体光纤和单模光纤之间有一个相对较低的熔接损耗.计算结果表明由模场半径和数值孔径导致的不匹配造成的总共损耗可低至0.026 dB, 低于传统光子晶体光纤和单模光纤0.1 dB的直接熔接损耗.对基于20 cm双芯光子晶体光纤的液压传感器的性能进行研究, 结果表明在0~500 MPa量程内的灵敏度为-1.6 pm/MPa.

提出一种基于表面等离子体共振的双芯光子晶体光纤温度传感器, 其中双芯光子晶体光纤为折射率导光型, 其中心圆孔表面镀氮化钛薄膜, 内部填充具有较大热敏系数的乙醇和氯仿的混合液体, 其纤芯模与表面等离子体激元耦合的共振波长偏移可反映液体混合物的温度或折射率.利用全矢量有限元法分析了不同因素对传输损耗谱及其共振波长的影响.仿真结果表明：外包层空气孔直径增大, 以及最内层包层空气孔直径和空气孔间距减小可以提高耦合效率, 从而增强共振峰.对比分析发现在－20℃~ 120℃温度范围内, 氮化钛薄膜比传统金膜表现出更好的等离子传感特性, 随着膜厚增加, 其共振波长偏移量增加, 温度灵敏度提高, 灵敏度最高可以达到6.22 nm/K.

提出了一种基于双芯光子晶体光纤(PCF)的具有短长度和超高消光比的偏振分束器，利用全矢量有限元法(FEM)对双芯PCF的耦合特性和偏振分束器的性能进行了数值研究。研究结果表明：增大纤芯间椭圆孔椭圆率、适当提高掺杂折射率可显著降低双芯PCF的耦合长度；基于该双芯PCF设计的偏振分束器在1.55 μm 波长处，长度为0.58 mm时，可以实现x，y 偏振态的分离,消光比达到82.33 dB，消光比高于20 dB的带宽为70 nm，高于10 dB的带宽达到110 nm，覆盖了C+L波段。这为设计具有短长度、高消光比、宽带特性的PCF偏振分束器提供了一种新的结构。

为了实现微流体流场中多点速度测量，提出基于双芯光子晶体光纤的激光多普勒速度计研究。理论分析基于双芯光子晶体光纤的相干特性和控制体特征。计算结果表明纤芯间距为7.4 μm，在控制体内可产生5 条干涉明纹，与实验结果保持一致。但由于噪声的存在，实验所得各级条纹的强度比值比理论计算结果小。增大纤芯间距，可增加控制体内的干涉条纹数量，从而提高速度测量精度。从双芯光子晶体光纤出射的光斑至相干过程的成像结果表明，速度计的工作距离约30 μm。分析基于双芯光子晶体光纤的激光多普勒多点速度测量原理，并进行单点、两点和三点速度测试。单点测量时，粒子平均速度为0.980 m/s，相对不确定度为0.5%；两点测量时，粒子平均速度分别为1.761 m/s、1.769 m/s；三点测量时，粒子平均速度分别为2.106、2.084、2.097 m/s。实验结果表明，基于双芯光子晶体光纤的激光多普勒速度计可进行多点速度测量，而且具有探头微型化、系统简单的特点，因此可嵌入微系统进行流场的多点速度测量。

以碲玻璃为基质材料, 设计了八边形双芯光子晶体光纤.应用全矢量有限元法和模式耦合基本理论分析了八边形双芯光子晶体光纤中结构参数对耦合长度特性的影响.计算结果表明: 在波长1.55 μm处, 减小孔间距可明显减小耦合长度, 但只略微改变相对耦合长度;增大空气孔及椭圆率可略微增大耦合长度, 但可明显增大相对耦合长度.当相对耦合长度为1时, 设计的偏振分束器性能较理想.在此基础上, 通过调节结构参数, 设计了一种较短传输长度、高带宽、高消光比的偏振分束器, 当光纤长度为139 μm时, X、Y方向偏振光即可实现分离, 消光比达到最小值-53.46 dB, 且在波长1.49 μm-1.61 μm, 即带宽为120 nm范围内, 消光比小于-20 dB, 与同类型的高消光比和极短长度双芯偏振分束器相比, 其综合性能比较突出.