光子晶体光纤具备很多奇特的性质,如无截止单模特性、高双折射、大模场面积、色散可调特性、高非线性等,广泛应用于光纤传感、光通信、光纤激光器领域。色散特性和高非线性特性是光子晶体光纤研究的两个重要方向。本文从理论和实验上分别对光纤的非线性特性进行了研究,主要研究内容如下:在PCF的非线性理论基础上,推导出激光脉冲在光纤中传输的分步傅里叶方法求解非线性传输方程,数值模拟飞秒激光脉冲在PCF中的传输光谱,研究光纤的色散与非线性效应(群速度色散、自相位调制、交叉相位调制、四波混频、孤子、受激拉曼散射等)分析各种参数对输出光谱的影响,为非线性光谱实验研究提供了理论依据。研究光子晶体光纤的制备工艺,依据理论仿真设计的光纤结构制备出具有优良特性的光纤。运用有限元法对实验所用光纤进行理论模拟,得知该光纤具备高非线性、双零色散的特性。Ti宝石激光器的飞秒激光脉冲入射该高非线性PCF,进行非线性光谱实验,得到高效宽带色散波,转换效率极高,谱带稳定而平滑,不仅获得高效宽带蓝移色散波,还获得了长波段正常色散区的宽带红移色散波。近红外波段的红移色散波与孤子波相连,形成超连续谱,带宽达到628nm,获得带宽309nm的蓝移色散波,转换效率高达99.6%。进一步研究了激光脉冲的中心波长、输入功率、偏振角度对PCF产生的高效宽带色散波所带来的中心波长范围、强度以及转化效率的变化以及影响因素。研究Ti宝石激光器的飞秒激光脉冲入射全正色散高非线性光子晶体光纤,该光纤没有零色散点,全波段都是正常色散区,飞秒激光脉冲入射该光纤实验研究,得到了203nm色散平坦超连续谱,通过调整入射波长、提高初始功率能够进一步展宽超连续谱。形成的超连续谱展宽主要是自相位调制与光波分裂作用,因为传输过程中只引入色散,并没有光孤子的产生,始终保持单个脉冲特性,无脉冲分裂,所以获得的超连续谱非常稳定平坦。可见光波段具备很好的空间相干性和时域脉冲波形稳定的特性,在超高分辨率光谱学中频率梳的产生以及宽带时间分辨光谱学等领域有重要的研究价值。