理论分析了波长为2 µm的掺铥光纤放大器中受激布里渊散射（SBS）对激光输出性能的影响，研究了双包层掺铥光纤在793 nm的泵浦波长和1.9~2.1 µm的激光工作波段的光模分布、有效折射率、有效模场面积和归一化频率，数值计算了在1.9~2.1µm的激光工作波段双包层掺铥光纤中的布里渊频移和布里渊增益谱等SBS特性。利用增益光纤中的受激布里渊散射理论模型，研究了受激布里渊散射对掺铥光纤放大器激光输出性能的影响。在DTDF-10/130双包层掺铥光纤中，使用功率为100 W、波长为793 nm的连续光作为泵浦，可对波长为2 μm、功率为0.01 W的连续信号光进行放大。当泵浦光功率填充因子为0.01、0.02和0.03时，信号光的最大输出功率分别为25.27 W、31.08 W和34.06 W。对应的最佳双包层光纤长度为2.66 m、2.02 m和1.75 m，由受激布里渊散射产生的斯托克斯光功率分别为1.68 W、1.39 W和1.14 W。结果表明，在掺铥光纤放大器中使用泵浦光功率填充因子大的双包层光纤可以降低光纤长度，从而减小受激布里渊散射对信号激光输出功率的影响。本文的数值模型可以对光纤放大器的光纤长度进行优化，对提高实验效率、降低实验成本具有重要价值。

为解决空分复用通信系统中多芯光纤色散积累的问题，本文利用光子晶体光纤灵活的色散可调性并结合多芯光纤提出了一种C+L波段低损耗色散补偿19芯光子晶体光纤。通过有限元法结合耦合模理论对该光纤色散、芯间串扰、限制损耗及弯曲损耗等各项光学性能进行了数值模拟。结果表明，该多芯光纤在C+L波段实现大负色散的同时，能显著抑制芯间串扰及限制损耗。该光纤在C+L波段内可实现介于-9 572~-13 633 ps/nm/km之间的大负色散及介于2.04×10^-5~8.1×10^-3 dB/km之间的超低限制损耗。同时在C+L波段该光纤芯间串扰介于-88.96~-33.33 dB/100 km之间，并且弯曲损耗值满足ITU-T建议的G.654光纤在标准光纤尺寸下对19芯光子晶体光纤的要求。因此，该光纤可在基于空分复用技术的多芯光纤通信系统中发挥有效的色散补偿作用。

为探测在近红外和中红外的低折射率物质，提出一种新型的基于D形开环光子晶体光纤的金表面等离子体共振低折射率传感器，并用有限元方法对该传感器的传感性能进行了分析。结果表明该传感器在波长2 020 ~3 036 nm范围内可检测1.18~1.30的折射率；在1.23到1.30的低折射率范围内，该传感器的光谱灵敏度平均值为11 650 nm/RIU；当折射率在1.29到1.30之间变化时，光谱灵敏度和分辨率可分别达到最大值38 800 nm/RIU和2.37×10^-6 RIU。该传感器可实现近红外和中红外波段的低折射率检测，在生物医学传感、水环境及湿度检测等领域具有潜在的应用前景。

通过有限元方法研究了As₂S₃光子晶体光纤在2 μm至6 μm波段的受激布里渊散射。数值结果表明，当空气占空比小于0.6时，所提出的光子晶体光纤可保持单模工作。布里渊频移主要受泵浦波长和光纤结构的影响，泵浦波长从2 μm增加到6 μm时，布里渊频移减小了4.16 GHz；而当空气占空比由0.5增加到0.6时，布里渊频移变化量仅为兆赫兹量级。布里渊增益谱的半高全宽取决于声子寿命，泵浦波长为2 μm时布里渊增益谱的半高全宽是泵浦波长为6 μm时的9倍。在空气填充率为0.5和0.6的情况下，提出的光子晶体光纤的最大布里渊增益分别为2.413×10⁻¹⁰ m/W和2.429×10⁻¹⁰ m/W。在光纤有效长度相同的条件下，布里渊阈值与泵浦波长正相关，在空气填充率为0.5和0.6的光子晶体光纤中，使用6 μm泵浦时的布里渊阈值比使用2 μm时分别增大了27.8%和19.6%。这些数值结果对于中红外波段设计和制造基于所提出光纤的光学设备或光学传感器具有重要意义。

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。

理论研究了小芯径光子晶体光纤中基于前向受激布里渊散射的快光.利用前向受激布里渊散射三波耦合方程，通过傅里叶变换，计算小芯径光子晶体光纤中的群折射率和增益系数.用有限元法模拟了声场和光场的分布、信号光时间提前量和展宽因子.小芯径光子晶体光纤中光场与声场可以有效地重叠在纤芯中，增强了它们之间的非线性相互作用，导致强的受激布里渊散射和大的时间提前量.随着信号光传输距离的增加，时间提前量成非线性增长，与此同时，信号光被压缩.随着初始脉冲的增大，脉冲展宽因子逐渐趋于平稳.当传输距离为70 m，初始脉冲宽度为200 ns，泵浦功率为600 mW，计算出时间提前量为21.76 ns和脉冲展宽因子为0.77.