光学相干层析成像(OCT)能通过微型光纤探头实现人体内部组织和器官的三维结构或功能成像，在生物医学成像领域具有重要应用。本课题组提出并改进了基于大纤芯光纤的微型探头，同时通过调制大纤芯光纤的模式能量分布、模式相位差、模式干涉场的放大方式以及模式数量实现了出射光束的调控和成像性能的优化，以期同时获得较高的横向分辨率、较长的焦深和工作距以及较好的轴向光强均匀性。本文提出了相应的快速仿真方法，解决了模式数量多、模式干涉场复杂情况下探头参数的优化问题。仿真和实验显示，基于大纤芯光纤的探头能实现2～3.8倍的焦深拓展和2.1倍的工作距拓展，且在成像效果上相对于传统光纤探头有显著提升。由于具有尺寸小、成像质量好、结构牢固的优点，基于大纤芯光纤的探头在OCT内窥成像尤其是窄小空间内的高分辨率成像方面具有巨大的应用潜力。

针对一般红外光纤存在材料损耗高、制备工艺复杂、传输性能和输出光束质量差等问题，提出了一种适合CO2(二氧化碳)激光传输的新型大纤芯红外PBG-PCF (光子带隙型光子晶体光纤)，该光纤由三角形结构光子晶体在中心抽掉19根毛细管空气孔形成大纤芯。利用PWM (平面波展开法)分析得到了传输波长为10.6 μm的CO2激光的光纤带隙图；再利用基于全矢量有限元法的仿真软件COMSOL Multiphysics分析其损耗特性。结果表明，这种结构的PBG-PCF与现有的红外光纤相比，传输10.6 μm CO2激光时的损耗更小，约为0.08 dB/km，可满足医用传输大功率CO2激光的需要。