利用全矢量有限元法分析了光子晶体光纤(PCF)的结构参量对其本征模场分布的影响。数值计算结果表明, 具有多层空气孔、多层纤芯、大孔间距和大占空比的结构更有利于将光场约束在纤芯中, 纤芯层数、孔间距和占空比的增加均会导致PCF本征模场出现更高阶次的模式。纤芯层数和孔间距的增加会对由占空比减小所引起的功率泄漏进行一定的补偿, 通过减小空气占空比、增加纤芯层数和孔间距, 可实现大模场单模传输的可行性。对于4层空气孔、2层纤芯、占空比为0.01、孔间距为20 μm的PCF, 在保证单模传输的条件下, 纤芯半径可达40 μm, 有效模面积为3717 μm2, 纤芯功率集中度为68.32%。

提出了一种在矩形金属沟槽中插入两块相同的矩形硅核的新型杂化波导结构，基于有限元方法，在波长为1550 nm 时,系统地研究了两块介质核间的距离、介质核的高度、宽度以及介质核与金属间的距离对有效模面积和传播距离的影响。计算结果表明，通过左右狭缝或者中间狭缝的场增强效应，能得到低损耗超小模面积的杂化模，当介质核与金属间的距离比较大时，相对于中间无狭缝的情况，当缝隙为5 nm 时，该结构的有效模面积急剧减小，约减到原来的七分之一，而传播距离略有增长，在50 个波长左右，而且中间缝隙越窄(不等于0 nm)，模面积越小,传播距离越大，介质核越高，传播距离越远而模面积几乎不变。当介质核与金属间的距离比较小时，中间缝隙越小，介质核的宽度越小，模面积越小。

为了得到高非线性低损耗光子晶体光纤，设计了八角格子圆形空气孔组成的光子晶体光纤结构。利用全矢量有限元法并结合完美匹配层吸收边界条件，对该光子晶体光纤的纤芯材料折射率、非线性系数和限制损耗进行了数值模拟。数值模拟结果表明，该光纤呈现高非线性、低损耗和较好的模场约束能力。调整光纤参数为d1=0.77 μm，d2=0.86 μm时可以得到更好的结果，在波长1.55 μm处获得高的非线性系数37.6 km-1·W-1和低限制损耗0.7×10-17 dB/km。

光纤的数值孔径是光纤的重要参数, 大数值孔径光纤在激光器和激光感应荧光系统中有很好的应用前景。 光子晶体光纤的数值孔径与传统阶跃型光纤不同, 它与光波长有密切的关系。 因此, 本文用光谱仪测量了不同结构的折射率引导型光子晶体光纤的数值孔径, 并进行了数值模拟, 研究了光波长、 包层空气孔直径、 孔间距等对光子晶体光纤数值孔径的影响, 同时对光子晶体光纤的非线性系数、 宏弯损耗、 截止波长、 有效模面积等与光波长有关的参数进行了研究, 取得了满意的结果

提出了以硅为基质、高折射率铋化合物作为纤芯的多固体芯集束型光子晶体光纤(PCF)。该类光纤利用全内反射型机制将传输光场约束在高折射率固体棒芯中,并能输出相同强度的光。通过数值模拟分析了集束六芯六角形和集束八芯四方形两种光子晶体光纤的有效模场面积和非线性系数随抽运波长以及纤芯直径的变化规律,证明了这种光纤同时具有等效的高非线性和大的有效模场面积的特性,可以用于实现高功率频率变换。