随着人们对通信容量需求的持续增大,而单模光纤传输系统容量始终无法突破它固有的香农极限,单模光纤已无法满足通信系统需求。为了使通信系统容量进一步提高,基于少模光纤的空分复用技术应运而生。理论上,利用空分复用技术,基于少模光纤的光纤通信系统容量将成倍增长。因此,研究和设计适用于空分复用系统的高性能少模光纤,成为光纤通信领域的研究热点。需要注意的是,在少模光纤系统中,高阶模式的激发往往会伴随着模式间差分模式时延(differential mode delay, DMD)。DMD是影响基于少模光纤的空分复用系统性能的重要因素。因此,研究低DMD少模光纤具有十分重要的意义。本文针对少模光纤展开研究,利用Comsol软件计算其模场分布、有效折射率,进而分析光纤的DMD。通过分析不同结构参量对模式数量和DMD的影响,设计出了两种低DMD的少模光纤,即带有外下陷的渐变式少模光纤和多阶少模光纤。波长在1530nm～1570nm范围内,带有外下陷的渐变式光纤支持四模传输,LP11、LP21、LP02模式的DMD的绝对值小于0.015ps/m；多阶少模光纤支持两模传输,LP11的DMD低于0.185ps/m。两种少模光纤均具有良好的DMD特性,适于在空分复用技术中应用。主要工作包括：第一部分是对少模光纤的模式分析和正交性分析。一方面,对少模光纤的模式理论做了详细阐述,主要从亥姆赫兹方程出发推导模式的特征方程,并分析模式的简并性。最后通过严谨的波动光学方法证明了模式的正交性。另一方面,利用Comsol软件分析了少模光纤的模场分布特性。第二部分是针对空分复用系统的研究和分析。首先,按照所用器件不同分析介绍了两类空分复用技术：一是基于光纤结构的空分复用技术；一是基于空间光学元件的空分复用技术。其次,总结了空分复用系统对少模光纤的要求。最后,介绍了空分复用系统的部署和应用。第三部分研究了两种减小光纤DMD的方案。第一,研究设计了两种低DMD的新型少模光纤,即带有外下陷的渐变式少模光纤和多阶少模光纤,分析了光纤的结构和参数,并研究其对低DMD特性的影响。利用Comsol和Matlab软件对新型少模光纤特性进行了仿真,精确地计算了导模的传输特性,可靠地估算了模场特性。通过合理改变光纤的结构和参数,降低DMD,控制光纤模式数量,使设计出的少模光纤具有了更优越的DMD特性。第二,使用具有正负DMD的少模光纤组成补偿对,对光纤整体的DMD进行补偿抵消。