模式展开方法是分析光波导器件的重要方法之一。采用该方法分析光波导器件的基础是规则光波导中模式的完备正交基,这些模式包括导引模和辐射模。运用现有的模式展开方法,对.与导引模相关问题的处理已经非常成熟；但由于辐射模的连续谱特性,对其处理会涉及复杂求解和积分,相比较而言困难得多。为解决辐射模在模式展开中引起的困扰,我们借助于以完美匹配层外接理想导体作为边界条件的等效闭波导模型中的复模系列,采用其中离散的准泄漏模式代替连续的辐射模式,提出基于这种包括导引模和泄漏模在内的复模展开方法。在本论文中,我们首先从光波导中解析求解得到的泄漏模和等效闭波导中的准泄漏模出发,研究了它们与辐射模在分析光波导问题中的等价条件,分析了这种泄漏模代替辐射模方法的可行性和有效性,为复模展开方、法的应用奠定了基础。进一步,建立了基于复模展开方法的耦合模理论体系；并借助该体系的解析分析模型,研究了复模间的耦合机制,成功揭示了光器件设计参数与工作特性的内在联系,为光波导器件的设计和优化提供了指导方案。在深入研究并完善了复模展开的分析方法后,又将之应用在光波导器件的分析和设计中,并解决了.与辐射模相关的一系列问题,完成了一系列高性能光纤器件的设计。这些工作在三种典型的光纤器件上展开,即光纤光栅、单模.多模.单模光纤结构及手征光纤光栅。主要工作包括：(1)借助复模展开方法,设计了基于长周期光纤光栅的高折射率液体折射率传感器,拓展了光纤光栅的折射率传感范围。在理论分析的基础上,设计了光栅掩膜板,制作了光纤光栅样品,搭建了实验测试系统,进行了验证性实验。研究表明,该传感器线性度好,且在1.46至1.7的折射率范围内灵敏度可达90dB/RIU,在1.465至1.475的范围内可达1200dB/RIU。该传感器在工业过程监控和生物医学传感等领域有着良好的应用前景。(2)将复模展开方法应用于单模.多模.单模光纤结构的分析中,讨论了辐射模的模间干涉问题,完善了该结构的理论分析体系；通过引入漏模模间干涉的概念,直观地描述了该结构的传输特性,清晰地展现了结构中的辐射模干涉效应。在此基础上,设计了基于该结构的高折射率液体折射率传感器和液位传感器,并完成了验证性实验,首次将基于单模.多模.单模光纤结构的传感范围成功拓展到高折射率媒质。结果表明,对于折射率传感器,在1.46至1.49的传感范围内其灵敏度可达400dB/RIU;对于液位传感器,当传感液体折射率为1.5025时,其传感灵敏度可达0.57dB/mm。这两种传感器件灵敏度高、线性度好,又兼有制作简单成本低廉的优势,应用前景广泛。(3)将复模展开方法应用于手征光纤光栅的分析中,通过在啁啾型手征光纤光栅包层外涂敷高折射率层引入与漏模耦合的机制,成功设计了兼有理想消光比和紧凑结构尺寸的宽带全光纤型圆偏振起偏器。模拟设计实现了一种长度仅为9cm的圆起偏器,该圆起偏器在60nm的带宽范围内消光比大于25dB,有较强的实用性。另外,该器件是基于商用的应力型高双折射光纤,光纤不必特别定制,有着可与起偏光纤一体化的优点。