微结构光纤(MF)，也称多孔光纤或光子晶体光纤，它的问世打开了光纤光学发展的新篇章。它拥有普通光纤所不具有的独特的波导特性，在非线性光学、高功率光纤激光器、医学科学和远程通信等领域有重要应用。因此开展微结构光纤及其应用研究具有重要的学术价值和广阔的应用前景。结合国家自然科学基金项目，教育部博士点基金项目和国家“973”项目，本论文主要围绕MF的特性和优化设计以及MF在超连续谱和大模面积(LMA)MF有源器件方面进行了理论研究和实验研究。主要研究内容包括： 1.MF波导特性的理论研究 作为本论文的基础工作，结合MPB软件(基于全矢量平面波法理论模型)我们对MF波导特性进行了模拟分析。研究了MF的包层气孔排列方式以及占空比对模场的影响；计算了MF的色散曲线，并分析了MF的零色散点兰移、色散平坦化和双零色散波长特性；探讨了两种高双折射MF的双折射系数以及两正交偏振轴的色散特性。 2．MF产生超连续谱的理论研究 使用广义非线性薛定鄂方程(GNLSE)对飞秒脉冲在MF内的传输特性进行了分析。利用预测一校正式分步傅立叶法(PC-SSFM)对MF中超连续谱特性进行了数值模拟。探讨了泵浦脉冲中心波长位于MF不同色散区时超连续谱产生的物理机制：研究了MF的长度和泵浦脉冲参数对超连续谱特性的影响，详纽分析了超连续谱演化过程。 3．MF产生超连续谱的实验研究 实验研究了MF中超连续谱产生的特点和演化。从实验和理论两个方面研究了泵浦脉冲的中心波长位于MF零色散波长和反常色散区的情况下，超连续谱的特性和演化过程。从实验和理论两个方面研究了泵浦脉冲中心波长位于高双折射MF正常色散区内时，超连续谱产生的特点和演化过程。研究了无序多芯MF中宽带连续谱特性，实验获得的最宽连续谱的20 dB带宽至少为1260 nm;对强反Stokes波的形成进行了实验研究，并对实验现象给予了理论解释。 4．大模面积微结构光纤激光器与超荧光光源的实验研究 实验研究了大模面积微结构光纤激光器(LMA-MFL)，获得了最大输出功率为4.3W的基横模激光输出，斜率效率和光～光转换效率分别为69.4％和59.7％。对MF的弯曲半径与LMA-MFL运转模式的影响进行了实验研究。对LMA-MF超荧光光源进行了实验研究，获得了输出功率1.649W、最大宽度为22.4 nm的超荧光光源。