设计了一种具有高负平坦色散特性的压缩型高双折射光子晶体光纤。为了获得高双折射特性, 光纤包层采用压缩三角格子和椭圆空气孔的结构; 为了提高控制色散的灵活性, 在纤芯加入小的缺陷空气孔。基于超格子构造法, 详细地模拟分析了光纤的双折射、色散特性。研究结果表明: 在波长1.3~1.8 μm的宽波段范围内, 可获得高负平坦色散且色散值约为-667 ps·nm-1·km-1, 色散值在±7 ps·nm-1·km-1的范围内变化; 双折射在波长研究范围内都实现了10-2的高数量级, 且在1.55 μm处可达到2.21×10-2。基于此种光纤的高负色散特性和高双折射在光传输系统及光纤传感有广泛应用。

设计了一种具有高双折射和高负色散特性的光子晶体光纤。在包层中，采用压缩三角格子和两种不同大小椭圆空气孔。基于超格子构造法，研究了光子晶体光纤的结构参数对双折射特性和色散特性的影响。数值研究结果表明：双折射在1.1~1.9 μm的宽波段范围内达到10^-2的高数量级，色散在1.4~1.8 μm的宽波段范围内实现了高负色散,而且在传输窗口波长1.55 μm处，双折射可达到3.4×10sup>-2，x-和y-偏振基模色散分别为-127 ps/nm/km和 -428 ps/nm/km。此外，双折射、色散和有效面积特性随光子晶体光纤结构的变化也进行了详细的研究。基于其高双折射和高负色散特性，此种光纤可以广泛用于色散补偿光纤和偏振依赖型通讯系统。

提出应用“超格子构造法”研究光子晶体光纤(PCF)的传输特性。电场用正交完备的厄米-高斯(Hermite-Gauss)函数展开,有中心缺陷的周期性分布的介电常数用两组不同周期的介电常数分布迭加构成超格子,每组介电常数都用余弦函数展开,然后利用波动方程及厄米-高斯函数的正交性,得到光子晶体光纤的传输特性(模场分布、双折射、色散)。模式双折射的大小可用以衡量该算法的精度。

具体分析了具有高数值孔径的双芯光纤的双折射特性。首先利用超格子正交函数法和耦合模理论分析了双芯光纤的几何双折射，并将两种方法计算的几何双折射进行了比较分析。数值计算结果表明双芯光纤在两纤芯非常接近的情况下，几何双折射仍较小，只能到10-5量级。利用超格子正交函数法计算了双椭圆芯光纤的双折射，改变结构参量可使几何双折射达到10-4量级。高的数值孔径需要高的掺锗量，理论上分析了高数值孔径时双芯光纤功率集中区域的应力双折射，应力双折射接近10-4量级。设计制作出了具有良好保偏性能的双芯掺铒光纤，测试、分析了它的几何参量和折射率分布；双芯光纤双折射系数达到了8.4×10-5。双芯掺铒光纤可以作为保偏掺铒光纤，应用到制作具有稳定的单一偏振态输出的光纤激光器。

提出了一种用于分析光子晶体光纤的正交函数模型。采用一种新型超格子的构造方法,将光子晶体光纤的横向介电常量表示为两种周期性结构叠加。将横向电场以厄密高斯函数展开,利用正交函数的性质,将全矢量波动方程转化为矩阵本征值问题,求解本征值问题可得到模式的传输常量及模场分布。利用此模型举例讨论了椭圆孔三角格子光子晶体光纤的模场分布和偏振特性以及三角格子光子晶体光纤的色散特性和有效面积等传输特性。作为一种普适的模型,此方法还可适用于四方结构、蜂窝结构及椭圆孔等多种结构光子晶体光纤。

为了研究布拉格光纤的模式特征和传输特性,提出了超格子模型,利用傅里叶级数表示光纤横向折射率分布,利用平面波展开法分析布拉格光纤的能带结构,基于厄米主斯函数的局域正交函数展开法,从全矢量耦合波动方程出发,得到关于模式传播常量和电场展开系数的本征方程,从而分析布拉格光纤的模式特征。以高折射率芯布拉格光纤为例,实现了该算法,得到基模与二次模的横向电场分布、基模色散曲线和模式双折射。基模的模式双折射可用于衡量算法的精度,结果表明该算法精度较高。超格子模型不仅可以用于研究高折射率芯布拉格光纤,而且同样可以研究低折射率区域导光的布拉格光纤。