为了进一步提高光子晶体光纤（PCF）的灵敏度，设计了一种由圆形与矩形空气孔复合构成的PCF。该光纤由4层圆形空气孔包层和纤芯区5个矩形空气孔组成。基于全矢量有限元法设置完美匹配层边界条件，系统模拟分析了水、乙醇、苯3种分析物填充时PCF的光学特性。研究结果表明，在1.55 μm波长下，该PCF对3种分析物的灵敏度分别达到71.8%、74.5%、75.6%，较现有PCF提升了1.26~7.97倍、1.24~6.2倍、1.2~5.6倍，同时实现了10^-3量级的高双折射和低于10^-5dB/cm的低损耗特性。

目前传能光纤受限于芯径大小与材料缺陷，在中红外波段难以解决大模场面积与优良传输性能的矛盾。本文提出了一种7管空芯反谐振光纤(hollow core anti-resonant fiber,HC-ARF),包层管与外包层以相交的方式连接。利用有限元法结合完美匹配层(perfectly matched layer,PML)边界条件对光纤进行了数值仿真，综合分析光纤损耗和单模性，得到了光纤参数的优化结果。当纤芯直径为120.0 μm，壁厚为0.7 μm，包层管个数为7个，包层管直径为84.0 μm，外包层半径为146.9 μm时，该光纤在3.0 μm处损耗为0.004 dB/m，在2.5—3.6 μm波段的损耗低于 0.01 dB/m，模场面积达到6 000 μm2，并且具有极好的单模性。提出的空芯反谐振光纤可在保证大模场面积条件下实现低损耗单模传输，在中红外传能等领域具有巨大潜力。

随着现代光纤通信技术的发展，为实现更大带宽、低传输损耗的光通信，亟需新型单模传输光纤。在单环嵌套结构基础上提出了一种新型空芯反谐振光纤结构，在典型的单环五管双嵌套结构中增加小的嵌套圆。使用有限元法结合完美匹配层边界条件，对光纤传输特性进行数值模拟，经过理论计算和结构优化得出在传输窗口1400~1580 nm范围内，可保证光纤高阶模式抑制比大于100，且光纤限制损耗低于9.700×10^-5 dB/m，当弯曲半径为5 cm时，弯曲损耗低于1.165×10^-2 dB/m，色散值在1.020~1.222 ps/（nm·km）之间。该空芯反谐振光纤在S+C波段实现了低损耗单模传输，在密集波分复用系统中具有应用前景。

针对光纤包层管正曲率部分现有研究较少的情况, 提出一种基于包层管正曲率调控的新型太赫兹反谐振光纤。首先, 对比研究了圆形包层管与半圆半椭圆形包层管的太赫兹反谐振光纤的结构, 分析了正曲率对光纤限制损耗的影响及主要机理; 然后, 对太赫兹反谐振光纤的结构进行优化, 即在光纤间隙处采用了2层包层管结构; 最后, 对3种结构的光纤的限制损耗性能进行仿真计算, 并对新型太赫兹反谐振光纤的单模特性进行分析。仿真结果表明: 与其它结构的光纤相比, 新型太赫兹反谐振光纤的限制损耗为10-5 dB/m数量级, 且在2.5~3.1 THz波段保持良好的单模特性。

随着光纤通信技术的不断发展，基于轨道角动量（OAM）模式传输的空分复用技术引起了人们的广泛关注。本文提出了一种反谐振光纤（ARF），其结构主要分为三部分：内层高折射率紫水晶玻璃管作为环芯，其有效增大了纤芯与包层的折射率差，有利于OAM模式的稳定传输；中间层二氧化硅（SiO₂）玻璃管起到调节色散的作用；外层负曲率管处于反谐振状态，进一步增强了对环芯光子能量的限制。该光纤可在1.5~1.7 μm波段内稳定传输130个OAM模式。基于矢量有限元法（FEM）对ARF进行建模仿真与分析，结果表明，最大有效折射率差为6.08×10^-3，最小色散变化率仅为0.43 ps·nm^-1·km^-1，限制损耗（CL）维持在10^-14~10^-8dB/m量级之间且最高模式纯度达到99.26%，有效模场面积最大值为187.38 μm²，非线性系数最小值为0.87 W^-1·km^-1，数值孔径（NA）均大于0.064。此外，还分析了光纤制作误差对其性能的影响。本文所设计的支持OAM模式传输的ARF在长距离光纤通信、高速信息传输等领域具有广泛的应用前景。

2 μm波段属于人眼波段, 并且具有大气通信窗口, 对该波段的研究是未来光通信系统亟待开发的领域。软玻璃材料相比于石英玻璃, 具有更宽的透光范围, 并且可扩展到中红外波段, 以配合2 μm波段光通信系统。设计了一种多芯空芯光子带隙光纤, 针对不同模式的模场面积、限制损耗和弯曲损耗等特性进行仿真分析。综合分析给出了2 μm波段单个和多个模式激光传输的最优波长。

设计了一种基于D形光子晶体光纤（PCF）的新型等离激元传感器，用于检测低折射率的微小变化，并通过有限元法（FEM）对其性能进行了数值分析。与传统D形PCF不同，本文提出在D形光纤截面处刻蚀C型凹槽通道，并涂覆Au层来激发等离激元。C形凹槽通道的设计可以增强纤芯的能量泄露以及光纤芯模和等离子体模的耦合强度。在Au层上方增覆一层TiO₂介电层，可以增强对金属层的保护和提高传感器的灵敏度，将PCF表面等离谐振（PCF-SPR）传感器的工作波长范围扩展到红外区域，仿真结果得到的最大灵敏度为24236 nm/RIU。该传感器可以有效监测低折射率的微小变化，对于生物医学和有机检测及相关应用具有潜在的价值。

Tuberculosis is one of the most contagious and lethal illnesses in the world, according to the World Health Organization. Tuberculosis had the leading mortality rate as a result of a single infection, ranking above HIV/AIDS. Early detection is an essential factor in patient treatment and can improve the survival rate. Detection methods should have high mobility, high accuracy, fast detection, and low losses. This work presents a novel biomedical photonic crystal fiber sensor, which can accurately detect and distinguish between the different types of tuberculosis bacteria. The designed sensor detects these types with high relative sensitivity and negligible losses compared to other photonic crystal fiber-based biomedical sensors. The proposed sensor exhibits a relative sensitivity of 90.6%, an effective area of 4.342×10-8 m2, with a negligible confinement loss of 3.13×10-9 cm-1, a remarkably low effective material loss of 0.013 2 cm-1, and a numerical aperture of 0.346 2. The proposed sensor is capable of operating in the terahertz regimes over a wide range (1 THz - 2.4 THz). An abbreviated review of non-optical detection techniques is also presented. An in-depth comparison between this work and recent related photonic crystal fiber-based literature is drawn to validate the efficacy and authenticity of the proposed design.

提出了一种大传输窗口低限制损耗单环嵌套结构的空芯反谐振光纤。采用全矢量有限元法结合完美匹配层边界条件数值模拟了光纤传输特性，并分析了空芯反谐振光纤的结构参数对光纤传输特性的影响。仿真结果表明，优化后的光纤具有大传输窗口低限制损耗的优势，且具有平坦色散特性。当纤芯直径为50 μm、反谐振管个数N为6、反谐振管厚度t为0.30 μm、外层反谐振管直径d为32.50 μm、内层反谐振管直径d1为21.13 μm时，在1 260—1 675 nm波长范围内,限制损耗均低于0.21 dB/km，色散值为(1.1±0.3) ps/(nm·km)，在波长为1 550 nm时,限制损耗为 0.078 dB/km。