近年来,光子晶体光纤(PCF)作为一种具有特殊结构设计的光纤,已经引起来越来越多人的重视,关于PCF的研究和应用也取得了很大的进展。由于PCF的结构具有很好的可控性,因而它有着很多普通单模光纤不具备的一些光学特性,如高双折射特性、可实现高非线性特性、可控的色散、极小的弯曲损耗以及可实现真空导光等等。尤其是在非线性特性方面,通过对PCF包层结构的灵活设计,PCF的非线性系数可以提升很多,相比普通光纤高出数个量级。受激布里渊散射(SBS)是光纤中的重要非线性效应,它在光纤通信方面有潜在的应用价值。早期对于SBS的研究只是在普通的单模光纤上进行,随着诸如PCF等特种光纤的出现,研究者们对这类光纤中SBS效应的研究也越来越深入,其应用也日渐广泛,如布里渊光纤放大器、慢光的实现、相干光存储、分布式传感器等。本文通过分析PCF中结构变化对PCF传输特性的影响,设计出一种具有高非线性和低损耗特性的PCF。之后,根据光纤布里渊散射的理论基础,分析布里渊散射信号的频移、增益等的计算方法,研究了 PCF的结构参数对布里渊散射特性的影响。主要研究内容如下:首先,本文对PCF的两种基本分类和一些典型特性进行分析,并对高非线性PCF目前的研究进展进行了介绍。对PCF中的非线性效应进行了理论推导,对几种典型的非线性效应进行了分析,包括相位调制、四波混频、受激拉曼散射和受激布里渊散射等,其中重点对SBS的形成过程及应用、布里渊频移和布里渊增益特性等进行了详细分析。通过有限元法对PCF进行数值模拟,对PCF的几个重要传输特性进行了说明,包括非线性特性、限制损耗特性和色散特性等,并对它们的计算方式进行了具体分析。然后,为了设计一种高非线性、低损耗的PCF,本文通过有限元法进行仿真分析,主要通过减小纤芯有效模场面积来提升PCF的非线性系数。重点分析了各个结构参量对PCF非线性和损耗的影响,通过改变PCF包层中各个结构参数,分析了包层占空比、气孔层数、各层气孔直径等对PCF中非线性系数、限制损耗、色散特性的影响。首先设计了一种三包层结构的PCF,在1.55μm波长处非线性系数为28.29 w-1km-1,损耗为4.35×10-6dB/km,之后,将该结构进一步改进,使最内层气孔中两种不同大小的孔径交错分布,在1.55μm波长处非线性系数为35.63 w-1km-1,限制损耗为8.72×10-6dB/km,最终获得了一种较优的高非线性PCF结构。最后,为了研究PCF结构参数对布里渊散射特性的影响,通过仿真分析不同PCF结构下光场和声场的分布情况,重点分析了受激布里渊散射中的两个特性参量:布里渊频移和布里渊增益的变化规律。首先对常规包层结构PCF进行了仿真分析,分别讨论了气孔直径、孔间距和空气孔层数对布里渊散射特性的影响;然后,对渐变包层的结构进行分析,讨论了内层气孔直径、二、三层气孔直径以及最内层较小孔、较大孔对布里渊散射特性的影响。计算了不同PCF结构中的布里渊散射频移和布里渊增益,分析了二者随着PCF结构参数变化的变化规律,结果表明,本文所设计的高非线性PCF对布里渊信号有一定增益效果。本文设计的PCF结构具有高非线性、低损耗的特性,可以应用于基于SBS的传感系统,有助于更好地检测布里渊散射信号,为后续的分布式光纤传感系统性能提升提供了一定的帮助。