传统的双芯光纤存在制作过程繁琐，对工艺技术要求高等缺点，而双芯光子晶体光纤不仅制作过程相对简单，而且，还具有良好的耦合特性。被广泛应用于滤波器、耦合器、偏振分束器，光开关、传感器、分插复用器等的研制，具有重要的应用价值。本文设计了三种不同结构的双芯光子晶体光纤，利用全矢量有限元法、波束传播法和模式耦合基本理论对双芯光子晶体光纤的耦合特性、温度传感特性以及基于新型双芯光子晶体光纤在偏振分束器、耦合器、传感器等方面的应用进行了相关的研究。本文的具体工作内容如下：第一，设计了一种混合空气孔高保偏双芯光子晶体光纤，采用全矢量有限元法和模式耦合基本理论对这种光纤的双折射、耦合长度、色散特性进行数值模拟研究，并对其在微型偏振分束器和耦合器中的应用进行探讨。结果表明，通过改变光纤结构参数，在1.55μm处可获得1.48102的高双折射，对应x、y偏振方向的耦合长度分别为79μm和94μm，该光纤出现两个零色散点，在0.7～1.7μm的波长范围内具有平坦色散特性，此光纤用作偏振分束器的长度为470μm，消光比为70.3dB，用作耦合器的长度为1032μm。第二，提出了一种基于碲酸盐玻璃的新型双芯光子晶体光纤偏振分束器，采用全矢量有限元法、全矢量光束传播法以及模式耦合基本理论对其特性进行了研究，并与相同结构参数的石英玻璃双芯光子晶体光纤偏振分束器的特性进行了对比。结果表明，此种偏振分束器有更高的消光比、极低的耦合损耗，在工作波长为1.55μm，光纤长度为441μm时，两偏振光实现分离，两个纤芯在x、y方向偏振光的消光比分别达到50.1dB和53.6dB，消光比小于20dB的带宽分别为34nm和36nm，耦合损耗仅为0.0009dB。第三，研究了一种正八边形双芯光子晶体光纤在填充温敏液体后的温度特性，采用全矢量有限元法和模式耦合基本理论分析了温度对其有效折射率、耦合长度、模场分布和限制损耗的影响，计算并分析了具有相同结构参数的正六边形光子晶体光纤在波长1.55μm时的限制损耗。研究表明，模场分布与温度和波长有关，有效折射率和耦合长度都随着温度升高而减小，限制损耗随温度升高递增。结构一定时，长波长条件下和小椭圆率时具有更好的温度敏感特性；结构不同时，大占空比的光子晶体光纤具有更好的温度敏感特性。在波长1.55μm、相同温度下本文所设计的正八边形光子晶体光纤与正六边形光子晶体光纤的限制损耗相比大大减小。