光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber,PCF）因具有无限单模,高双折射,超平坦色散,以及传输性能可调控等诸多优点,一直是光纤技术领域的研究热点;并且由于PCF非常适合应用到光通信,非线性光学,光纤传感等多个领域中,这说明它存在着巨大的研究价值和发展潜力。然而,由于材料本身缺陷所造成的非线性、光照损伤等问题已经严重制约了传统实芯PCF的进一步发展。因此,与实芯PCF相比,探索和发展空芯光纤（Hollow Core Fiber,HCF）可以有效避免光纤材料所引起的本征性缺陷问题。研究发现,负曲率空芯光纤（Negative Curvature Hollow Core Fiber,NC-HCF）作为一种新型结构的HCF,因表现出宽传输通带、低损耗、高损伤阈值和单模传输的优点,已经逐渐开始引领HCF的发展。本论文通过设计和优化PCF以及NC-HCF的结构,研究其光学传输特性的变化,获得了四种具有高双折射和低损耗传输特性的新型光纤结构。本论文主要内容如下:（1）总结介绍了PCF和NC-HCF的定义、工作原理以及各自的优点和不足。总结了一下PCF和NC-HCF在各领域中的应用,以及不同的结构特征和设计方法。重点概括了全矢量有限元法的基本理论及其用法、双折射和限制损耗的定义及其获取方法。叙述了高双折射型PCF和NC-HCF的实现方法以及应用价值。（2）提出了一种新型压缩氟化物PCF,其包层由四层椭圆孔组成,在其内包层中放置了两个椭圆度较大的椭圆孔。利用有限元法对其光学传输特性进行仿真计算,该光纤的材料选用氟化物玻璃,通过优化结构参数实现了光纤的高双折射和低限制损耗传输性能。具体性能如下:该光纤在1.064μm波长处的x和y偏振基模的限制损耗均小于4.74×10^-8 dB/m;在1.31μm处的x和y偏振模的限制损耗分别为9.06×10^-6和5.70×10^-7dB/m;在1.55μm处的x和y偏振模的限制损耗为2.3×10^-3和1.14×10^-4 dB/m,其对应的双折射高达3.89×10^-2;该光纤最大的优点是在1064、1310和1550 nm三个窗口处都实现了高性能传输,并且当波长等于2μm时该光纤仍然保持较高的双折射,达到4.85×10^-2。（3）设计了四种NC-HCF结构（A1,A2,B1,B2）,研究了结构参数对光纤性能的影响规律。对于相邻毛细管的尺寸都各自完全相同的结构A1和结构A2来说,它们只表现出限制损耗性能,并且限制损耗的大小随波长的变化趋势与反谐振反射原理非常吻合。对于内部毛细管的尺寸不完全相同的的结构B1和结构B2,它们都表现出杰出的限制损耗性能和双折射性能,特别是双折射可以达到10^-5量级;还发现结构B1和结构B2中的限制损耗性能会受到结构A1和结构A2的共同影响。另外,将结构B1和结构B2两种光纤中的纤芯半径、毛细管半径以及毛细管厚度同时放大3倍,并进一步研究了它们在中红外波段内的光学性能,发现它们在3.8μm到4.6μm的较宽传输带内也展现出令人满意的光学性能,在该波段内获得的限制损耗都低于1 dB/m并且双折射也都高于10^-5。（4）设计了一种具有低限制损耗的高双折射型NC-HCF。在水平直径方向上放置了两个具有共振厚度的较大空气孔,发现双折射性能得到了大幅度的提升。通过比较毛细管的半径、厚度和相邻间隙对双折射以及限制损耗的影响,得到了最佳的光纤结构。在2.90-2.91μm以及3.00-3.44μm波段内,该光纤均呈现出优异的传输性能,特别是在2.90μm波长处拥有最佳性能,最大双折射高达1.56×10^-4,最小限制损耗只有0.024 dB/m。光纤在3.00-3.44μm波段内的双折射均大于10^-4,同时在3.00-3.24μm波段内的限制损耗也都小于0.2 dB/m。根据计算结果可知,改变最大毛细管的厚度可以有效调节产生高双折射的波段,并且在适当范围内增加大孔的尺寸可以明显增强双折射。（5）设计了两种包层中具有单层毛细管或双层毛细管的NC-HCF的结构,并重点讨论了这两种光纤的限制损耗特性。结果表明,具有单层毛细管结构的NC-HCF的限制损耗可以被优化到1.70×10^-3 dB/m,并且带宽波长范围是1.2-1.6μm,覆盖了1.31和1.55μm两个窗口。同时,对于另一种具有双层毛细管结构的NC-HCF来说,其最优结构是在每层中各放置8个毛细管。当波长在2.1-2.35μm之间的变动时,双层毛细管结构光纤的限制损耗都是极低的,均小于10^-4 dB/m;通过调整角度比的取值,可以实现光波在不同波段内的超低限制损耗传输。