空芯反谐振光纤能在O-L电信频段实现基本模式的低损耗传输,使空芯反谐振光纤成为数据传输的有利候选者。同时空芯反谐振光纤的低损耗、低差分延迟、低非线性系数等出色的光学特性,以及信号通过此类光纤传输时不会出现畸变失真的优势,使得少模空芯反谐振光纤成为提高系统传输容量的有效方法。如何设计能够在通信频段实现双模甚至少模低损耗传输的空芯反谐振光纤成为研究热点之一。本文使用全矢量有限元法对空芯反谐振光纤的模式耦合特性和传输特性进行研究,此外还研究了基于空芯反谐振光纤的折射率传感器。首先,阐述了课题的研究背景与实际的研究意义,梳理了目前国内外降低空芯反谐振光纤损耗的研究进展;介绍了空芯反谐振光纤导光机制的反谐振反射光波导模型与模式耦合原理模型,描述了全矢量有限元的模拟仿真方法,并介绍了空芯反谐振光纤的光学特性。其次,通过开展不同包层结构的空芯反谐振光纤的纤芯-包层管模式耦合特性研究,得到在医用的1.94μm波长处保持多模传输的空芯反谐振光纤,主要包括包层管分别为单层管、嵌套圆形管、嵌套直隔板、嵌套曲隔板的圆形包层管,以及嵌套曲隔板的椭圆包层管的空芯反谐振光纤。再次,通过研究具有不同包层管结构的空芯反谐振光纤的限制损耗特性和弯曲特性,得到光纤中LP01、LP11模式低损耗传输规律,设计出在通信波段实现双模传输的空芯反谐振光纤。最后,基于弯曲损耗和表面等离子体共振双重机制,设计了空芯反谐振光纤的折射率传感器,系统研究纤芯直径、包层管直径、包层管厚度、金层厚度、弯曲方向对传感器灵敏度的影响。