该文设计并制作了一款简易的拉锥空心光纤的高灵敏度传感器, 通过实验测量了其温度与应力特性。首先利用光纤熔接机在两段标准单模光纤之间熔接一段空心光纤, 再对准空心光纤中间位置进行放电, 同时运用两个步进电机在单模光纤两端施加一定的拉力, 这导致法布里-珀罗干涉仪转换为马赫-曾德尔干涉仪。实验结果表明, 此拉锥过程使光纤传感器的温度灵敏度从理论值0.85 pm/℃提升到69.1 pm/℃, 约提升了81.3倍, 轴向应变灵敏度最高可达3.6 pm/με。该器件具有体积小、结构简单和灵敏度高等特点, 在航空航天、医疗监测等领域具有广阔的应用前景。

光纤模式耦合器因其较宽的波长带宽、高效率的模式耦合成为全光纤超短脉冲涡旋光束产生的首选。首先研究了单模光纤、少模光纤以及空心光纤的矢量模式特性, 并分别设计了用于掺镱光纤激光器的单模-少模光纤(SMF-FMF)模式耦合器和单模-空心光纤(SMF-HCF)模式耦合器。然后, 采用数值仿真软件研究了模式耦合器的耦合特性, 分析纤芯间距与耦合效率的关系。仿真结果表明：SMF-FMF模式耦合器可以将LP01模式转化为LP11/LP21模, 且耦合效率大于96％; 而SMF-HCF模式耦合器可以将HE11转化为HE21/HE31模, 其耦合效率超过82%。SMF-FMF模式耦合器和SMF-HCF模式耦合器的设计为掺镱锁模光纤激光器获得大拓扑荷超短脉冲涡旋光束奠定了基础。

以全矢量波动方程理论为基础精确地推导出HOF中矢量模式的色散关系表达式，电场分量Hz和Ez在空心、纤芯以及包层区域的表达式；并推导出模式的传播常数以及导模的横向电场的表达式；在此基础上，重点分析研究了改变空心光纤的主要参数对模式特性产生的影响，包括：有效折射率与波长、空心半径、纤芯厚度之间的关系以及包层数量的变化对模式特性的影响规律，为进一步研究和扩展空心光纤的应用提供了依据。

系统研究了利用充惰性气体的250 μm内径的空心光纤(HCF)展宽光谱和啁啾镜补偿色散的高能量周期量级脉冲压缩技术。基于此技术,研究了入射激光脉冲能量和腔内惰性气体气压对于压缩后脉冲宽度和输出能量的影响。将钛宝石激光器输出的脉冲宽度40 fs,单脉冲能量2.7 mJ,重复频率1 kHz,中心波长在800 nm的激光脉冲输入压缩系统,获得了脉冲宽度7 fs,单脉冲能量大于1 mJ,中心波长为750 nm的稳定周期量级激光脉冲。

基于空心光纤构建微管生物传感器，进行了空心光纤的回音壁谐振模（WGM）理论分析，阐述了基于折射率变化检测的微管生物传感器工作原理。采用ZF13棱镜通过倏逝场耦合成功激发了微管的回音壁谐振模。利用不同浓度的乙醇水溶液初步展示了微管生物传感器回音壁谐振模谐振波长对折射率的敏感性，在1555.0 nm谐振波长处，当入射光角度为45°时，获得2.2 nm/RIU(RIU为折射率单元)的传感灵敏度，在入射光角度为36°时，获得21.2 nm/RIU的传感灵敏度。

谐振式光纤陀螺(PROG)采用空心光子带隙(HCPBG)光纤后,光克尔效应引入的系统漂移将会与普通单模光纤(SMF)谐振式陀螺系统中的有所不同。为了研究谐振式空心光子带隙光纤陀螺中光克尔效应的变化情况,采用光场叠加的方法,从理论上分析谐振式空心光子带隙光纤陀螺中的光克尔效应,同时针对光克尔效应引入的系统漂移进行了数值仿真,并且与普通单模光纤谐振腔陀螺中的光克尔效应进行对比。理论计算表明,采用空心光子带隙光纤的谐振式光纤陀螺比采用普通单模光纤谐振式陀螺的光克尔效应有明显的降低,在光源线宽不变时,不同光纤环长度对应的光克尔效应引起的旋转角速度漂移前者比后者降低了1～2个数量级。

对空心光纤的结构特点做了细致的分析,采用迅衰波场的概念来解释空心光纤纤芯与空心处的传光损耗.同时对空心光纤的衰减特性做了实验研究,得到了空心光纤的衰减常数,并且应用于断裂测量.最后,对空心光纤弯曲、拉伸、压缩等机械性能作了实验研究并做出了解释,为空心光纤应用打下了基础.