空芯微结构光纤按照导光原理不同可分为空芯光子带隙光纤和空芯反谐振光纤。在这两种光纤中，空气孔内壁粗糙度导致的散射损耗是其损耗来源之一。在空芯光子带隙光纤中，散射损耗是其损耗的主要原因；在空芯反谐振光纤中，在短波长时散射损耗也是其损耗的重要原因之一。为了降低空芯微结构光纤的散射损耗，需要针对空气孔内壁粗糙度展开深入研究。为此，本文介绍了空芯微结构光纤空气孔内壁粗糙度相关理论、测试技术和抑制方法的研究进展，对相关理论和实验结果进行了总结，对将来需要重点研究的方向提出了建议。

提出了一种空气孔辅助型偏振保持少模光纤，在椭圆环芯中心引入一个椭圆形空气孔，并在水平和竖直方向分别引入4个不同尺寸的圆形空气孔，以提高模式间的有效折射率差，实现多阶模式间无串扰偏振保持传输。通过数值仿真研究了4个圆形空气孔的尺寸和位置、环形纤芯的尺寸和椭圆率以及椭圆形空气孔的尺寸和椭圆率对偏振保持传输性能的影响。经过参数优化设计，所提光纤在1520～1600 nm波段内满足所有相邻模式间的有效折射率差Δn_eff均高于1.0×10^－4，色散为17.6～51.3 ps/(nm·km)。所提光纤在大容量空分复用通信技术中具有良好的应用前景。

为了同时获得高双折射和色散平坦特性的光子晶体光纤，本文提出了一种包层以椭圆空气孔为纤芯，四周环绕正方形空气孔的光子晶体光纤结构。基于不同纤芯椭圆率、不同纤芯填充材料，对所提光子晶体光纤结构的双折射、色散、非线性等性能进行了讨论。结果表明，在波长1.55 μm 处，当纤芯椭圆率不同，填充材料相同时，最大双折射值为0.37，最大非线性系数值277.76 W^-1×km^-1；当纤芯填充材料不同，椭圆率相同时，最大双折射值为0.34，最大非线性系数值为307 W^-1×km^-1。在波段1.26 μm～1.8 μm范围，色散呈现出近零色散平坦特性，变化范围不超过±12.5 ps/(nm×km)，带宽0.6 μm。

多芯光子晶体光纤(MCPCF)是实现高功率超连续谱输出的一个重要研究方向，而如何解决多芯光子晶体光纤的低损耗熔接问题是实现全光纤化的关键。介绍了一种通过选择性空气孔塌缩技术实现七芯光子晶体光纤低损耗熔接的方法。数值模拟了处理前后七芯光子晶体光纤的模场特性以及对熔接损耗的影响。实验上对七芯光子晶体光纤进行了选择性空气孔塌缩处理，实现了和纤芯直径为15 μm的双包层光纤的低损耗熔接，损耗值为0.22 dB。

提出一种基于二维正方晶格光子晶体空气孔型高下路效率的环形谐振腔，通过压缩线缺陷波导的宽度实现单模有效控制，同时讨论内围光子晶体列数对传输场的影响，然后运用二维时域有限差分方法数值分析了耦合强度及环区局部折射率调制对下路效率、品质因子以及下路波长等参量的影响.结果表明：当波导宽度为0.7个晶格常量，耦合强度为0个晶格常量，在信道波长为1 528.1 nm时，下路效率为99%，品质因子Q为379；当耦合强度提高到1个晶格常量，下路波长稍微漂移为1 524.3 nm，品质因子显著提高到1 397，而下路效率下降为89%.同时，下路波长会随着环区折射率的增加呈线性红移.

提出一种基于内全反射微环和光子晶体带隙相结合的混合结构空气孔型二维三角晶格光子晶体光分插滤波器，通过压缩及移位围绕线缺陷波导的上下两排光子晶体阵列，实现空气孔型线缺陷波导单模的有效调控，进而影响信道的下路效率，并且利用二维时域有限差分法系统分析不同波导宽度以及不同移位量δ时滤波器的下路效率。模拟计算表明，当波导宽度为0.83晶格常数，耦合强度为0个晶格常数，移位量为0.5个晶格常数，信道波长为1464 nm时，下路效率为-0.11 dB，品质因子Q为1100；当波导宽度为0.83晶格常数，耦合强度为1个晶格常数，移位量为0个晶格常数时，下路效率为-0.89 dB，品质因子Q为2100。

提出了一种新型的四排短轴渐减椭圆空气孔阵列的单模单偏振光子晶体光纤结构，并以完美匹配层为边界条件采用全矢量有限元方法研究了该光纤的各种特性及其各种参量随入射波长变化规律。研究表明，提出的光子晶体光纤结构是实现更宽带宽、色散平坦、单模单偏振运用的有效方案；在入射光波长为1.550 μm时，单模单偏振光子晶体光纤的模式双折射高达2.752×10-3，拍长为0.564 mm；x偏振模的限制损耗为0.139 dB/km，y偏振模的限制损耗是16.890 dB/km；对比x偏振模损耗情况，y偏振模可以在较短的光纤中被衰减掉，从而实现单模单偏振运用；x偏振模的数值孔径为0.415，有效模场面积为3.667 μm2, 非线性系数为28.740 (W·km)-1。入射光波长在1.347~1.691 μm的范围内，该光纤呈现出色散平坦特性，使其在超连续谱产生、脉冲传输等领域具有广阔应用前景；该光纤能够在入射光波长600 nm较宽范围内实现单模单偏振运用。

为了制作可用于通信波段的二维硅光子晶体波导，研究了光子晶体波导的设计方法及制作工艺。应用平面波展开法计算了两种空气孔型光子晶体结构的TE波禁带，经筛选采用了三角晶格空气孔结构。同样利用平面波展开法计算了引入缺陷后二维三角晶格空气孔型光子晶体波导结构的TE波禁带，经对比发现归一化频率为0.295 7的缺陷态最适宜用来制备光子晶体波导，并据此设计了用于1.55 μm波长的二维三角晶格空气孔型光子晶体波导，其晶格周期为458 nm，空气孔直径为339 nm。对设计的结构参数进行了容差计算，结果表明误差在-3.95～5.65 nm方能满足设计要求。最后使用聚焦离子束刻蚀工艺，制作了所设计的波导结构，并进行了测试。测试结果表明，样品实际晶格周期为463 nm，空气孔直径为344 nm，比设计值大5 nm，在容差允许范围内，满足设计要求。

通过加热光子晶体光纤, 其包层中空气孔由于表面张力的作用而塌缩减小。理论和实验结果表明, 空气孔的塌缩在满足波导的渐变条件下, 引入的能量损耗非常小。空气孔的塌缩减小, 可以有效地增加光子晶体光纤的模场直径, 从而不仅可以提高光耦合的效率和光纤端面的损伤阈值, 而且可以降低与其它模场直径不匹配的普通光纤的熔接损耗。