随着超连续谱在光通信、光谱学、光学测量及生物医学成像等领域应用的不断拓展,急需提升超连续谱的光源性能,而与超短脉冲相作用以产生超连续谱的特种光纤的非线性、双折射及色散平坦等特性,已成为目前制约超连续谱光源性能提高的关键制约因素。本学位论文在对石英光纤基础介质材料非晶Si02及掺锗非晶Si02材料开展微观机理研究的基础上,基于光子准晶光纤结构设计大自由度的优势,面向超连续谱光源性能提高的应用需求,深入开展具有特殊色散特性的高非线性光子准晶光纤和高双折射光子准晶光纤的结构设计与优化。取得的主要创新成果如下：1.提出一种低限制损耗、近零平坦色散的石英基高非线性光子准晶光纤,通过规划光纤的结构参数,首次在光子准晶光纤中获得两个零色散点。研究表明,光纤在1373nm到1627nm的254nm波长范围内取得0±3.4ps/nm/km以内的近零色散平坦。在通信窗口1550nm波长处,非线性系数达33W-1km-1,色散斜率为8.5×10-3ps/nm2/km,限制损耗低至3.2×10-7dB/m。并从光纤实际制作工艺考虑,分析了空气孔结构偏离对光纤特性的影响。研究结果显示,在结构参数偏离3%以内时,光纤仍能保持设计特性。2.提出一种As2Se3基掺锗芯红外区双零色散点的高非线性光子准晶光纤。光纤在2-5.5μm波长范围内具有两个零色散点,非线性系数最高可以达到5000W-1km-1。光纤由均一的空气孔包层和芯区的掺锗棒组成,采用芯区掺杂锗的方法,包层对基模模场有很好的限制能力,在保证低损耗的前提下,可在增大光纤非线性的同时对色散进行有效的调整。3.提出一种ZBLAN氟化物玻璃基的高双折射光子准晶光纤,双折射高达10-2量级。光纤的双折射比普通保偏光纤高出两个数量级,达到椭圆孔微结构光纤的双折射量级,但比椭圆空气孔在工艺上较易于实现。研究结果表明,光纤可在1800nm到2200nm的400nm波长范围内保持单模传输特性。尤其是在2μm波长处,双折射B=2.42×10-2,限制损耗小于2.24×10-4dB/m。据文献调研所知,此高双折射光纤为2μm波段双折射首次达到10-2量级的高双折射光纤。4.提出一种芯区带有四小空气孔以矩形排列结构的高双折射ZBLAN光子准晶光纤。运用四个较大的空气孔形成内芯,通过芯区空气孔的尺寸和空间的矩形分布对模场进行调制。数据分析结果表明,通过合理的设计包层结构,光纤在两微米波长处保持单模传输特性,双折射高达2.88×10-2,限制损耗小于4.95×10-4dB/m。不仅在双折射方面比带葡萄柚空气孔的高双折射光纤有所提高,而且降低了光纤的制作难度5.建立石英光纤非晶SiO2材料的理论分析模型。基于相关原子问对势参数,通过分子动力学方法得到非晶态SiO2的稳定结构,计算得出的短程作用结构参数和前人报道的实验及理论值相符。同时,分析带氧缺陷的非晶Si02的声子态密度,得到了比热、德拜温度、振动熵等热力学性质。另外,分析得到了掺锗非晶SiO2结构在不同掺杂情况下的稳定微观结构。掺锗非晶SiO2其微观结构是以锗原子易于占据远离中心的位置且彼此之间以最远的距离分布为特点。和金属化合物或者晶体掺杂系统的结果相反,非晶Si02的锗掺杂,降低了系统的稳定性。