本论文的工作主要围绕以下项目展开：以任晓敏教授为首席科学家的国家重大基础研究发展计划(2010CB327605)；国家自然科学基金资助项目：基于新型多芯微结构光纤中特殊芯间耦合机制的快光与慢光传输(61077049)；博士后基金项目：光纤传输系统中偏振态实时监测以及稳定技术的研究(20100470259)；新世纪优秀人才支持计划资助(NCET-08-0736)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(BUPT2009RC0401, BUPT2009RC0405, BUPT2009RC0410);高等学校学科创新引智计划资助(B07005)。光子晶体光纤凭借独特的物理和光学特性以及灵活的结构设计,为新型光电子器件的设计提供了崭新的平台,并且已经在光通信、光电子学和非线性光纤光学等许多领域中有了广泛的应用。其中,利用光子晶体光纤的可控非线性特性,为密集波分复用系统研制各种具有高集成度的光电子器件,已成为研究的热点。本论文主要对光子晶体光纤中的超连续谱的产生和应用,以及基于光子晶体光纤的非对称双芯耦合器中的快光与慢光效应,进行了理论和实验研究。近年来,各种对网络带宽有较高需求的多媒体业务得到了迅猛的发展,光传送网面临着扩容和升级的压力。偏振复用技术可以在低成本的前提下提高系统的频谱使用效率,因此,已成为光通信领域的研究热点。本文重点对基于电域低频分量检测的光域自动偏振解复用技术,进行理论分析、系统仿真和实验研究。论文的主要研究内容和创新点如下1.利用标准单模光纤中的高阶孤子压缩效应,实现了对色散平坦光子晶体光纤中产生的超连续谱的展宽。在入纤功率相同的条件下,使用20m的标准单模光纤,压缩脉宽为1.6ps的双曲正割脉冲,将80m长的光子晶体光纤中产生的超连续谱的-20dB带宽从84.2nm展宽至277.1nm。2.基于已有的最佳压缩光纤长度的经验公式,推导出了能够在固定长度的标准单模光纤中产生最窄压缩脉宽,进而在光子晶体光纤中产生最宽超连续谱带宽的输入功率的解析表达式。与数值分析的结果比较得到,解析表达式计算的功率在最佳压缩长度上的误差随着光纤长度的增加而增大,为了使最佳压缩位置的误差小于1m,解析表达式的参数应使压缩光纤中的孤子阶数大于2。3.理论分析了色散平坦光子晶体光纤的参数和泵浦条件对产生的超连续谱的平坦度的影响,结果表明自相位调制过程决定着超连续谱的展宽程度,四波混频过程和色散决定着频谱的平坦度。在色散平坦光子晶体光纤中,四阶色散和二阶色散共同影响着四波混频的产生效率,二阶色散通过四波混频过程对超连续谱的平坦性起着主要作用,三阶色散决定了输出脉冲和频谱的对称性。数值计算结果表明,增加脉冲的初始正啁啾可以改善超连续谱的平坦度,但是改善效果受到光纤长度的限制。4.首次提出使用Littman-Metcalf型光带通滤波器产生边沿陡峭的脉冲,增加超连续谱产生过程中的四波混频效应,改善超连续谱的平坦度。在实验用3.5nm带宽的滤波器,使1.6ps脉宽的双曲正割脉冲获得了最陡峭的边沿,并且使用被4nm带宽滤波的脉冲,将超频谱的平坦度改善了0.22dB。数值计算结果表明,当脉宽从1.0ps增加到6.0ps时,获得最陡峭边沿的滤波带宽从4.5nm下降到2.0nm；在1.0ps-6.0ps的脉宽范围内,产生最陡峭的脉冲边沿的滤波带宽,小于产生最平坦的超连续谱的滤波带宽0.5nm。此外,在其它实验条件不变的情况下,使用1nm-7nm带宽的滤波器,实现了对超连续谱的带宽在12nnm-85nm范围内的连续调节。5.设计了一种基于新型光子晶体光纤的非对称双芯耦合器。其双芯分别为在1个空气孔的内壁沉积硅而形成的硅环结构,以及由7个空气孔缺失而形成的二氧化硅实心孔结构。通过研究其特殊的芯间耦合机制所产生的耦合超模的特性,分析了结构参数对耦合器中独立导模和超模的有效折射率、色散和脉冲传输特性的影响,获得了耦合器在1550nm波长处实现线性耦合的结构参数。6.非对称双芯耦合器可以实现对输入脉冲传输速度的全光调节。分析结果表明,耦合器能够在1cm的长度内,实现对2.0ps脉宽的孤子脉冲延时或加快一个脉宽时间。耦合器的快光效应对脉冲形状的影响较小,能够在5cm的长度内产生超过5个脉宽时间的无形变的快光传输。然而,祸合器的慢光效应对脉冲形状的影响较明显,脉冲在获得2.0ps的延时后被展宽和变陡峭。7.基于直接检测的偏振解复用技术,设计实现了直接检测光域解复用器。针对采用不归零码开关键控(NRZ-OOK)口归零码开关键控(RZ-OOK)两种调制格式的偏振复用系统,研究了基于电域低频分量检测的光域偏振解复用技术,并进行了系统仿真和实验研究。