光子晶体光纤是一种将光子晶体结构引入光纤中而制成的新型光纤,它具有很多优越的光学特性,已经成为国内外研究的热点。在查阅了大量中英文文献的基础上对光子晶体光纤的理论计算方法和光子晶体光纤的研究现状和发展作了比较全面的回顾。在详细讨论光波导数值分析中使用较为普遍的有限差分法和时域有限差分法基础上提出了一种柱坐标系下的非均匀网格时域有限差分改进算法:可在精细结构处采用细网格小时间步长,而在其余结构处采用粗网格大时间步长,利用插值技术解决了非均匀网格过渡结构处的跳跃误差问题,推导出了系列计算公式,并用自建模型计算和分析了阶跃型光纤的模式场特性。光子晶体光纤由于其特殊的结构使它具备很多传统的单模光纤所不具备的奇异的色散特性,如色散可控性、近零超平坦色散等特性。本文首先使用基于有限差分法的APSS软件分析了光子晶体光纤这种新奇的传输特性,提出了一种具有两种不同空气孔直径、中心呈正三角分布的六层中心对称光子晶体光纤,重点分析了包层中空气穴间距以及大小空气穴直径这三个变量对光纤色散特性的影响和变化规律,反复针对零色散和平坦度等关键指标参数对结构尺寸进行了优化设计,完成了超宽频带范围内接近零色散的色散平坦光子晶体光纤的设计。在光子晶体光纤超平坦特性优化研究方法的基础上,讨论了在光纤中引入大的双折射的可行性。由于光纤材料和气孔之间的折射率差较高,以及气孔对光波模式场的非常强的约束,使得光子晶体光纤易于获得很高的双折射,高的双折射可以成为设计宽频带波片的基础。本文根据光子晶体光纤(PCF)各向异性有效折射率的特性,给出了一种PCFλ/4波片的设计方案,利用APSS软件,分析讨论了PCF结构尺寸对波片有效折射率随波长变化的影响,指出了宽频波片设计必须保持折射率差在所期望工作频段内具有线性化特性以及同等增长率的准则。