光子晶体光纤从被提出至今,其独具一格的光学特性就一直受到光学、通信、物质检测等多个研究领域的密切关注。国内外相关领域学者有关的研究也是逐年加深,实芯光子晶体光纤的研究基本已经成熟,大量研究人员将研究的重心转移至空芯光子晶体光纤。已有的关于空芯光子晶体光纤的研究的思路很多都是使用有限元软件对包层空气孔为多层的空芯光子晶体光纤进行仿真分析,设计其结构参数得到较好传输特性。本文在空芯光子晶体光纤的研究领域内,从多包层空气孔光子晶体光纤与单包层空气孔光子晶体光纤的传输机理两者之间存在的关联性出发,研究分析了表面模的消除机制、单层孔传光的原理、悬挂芯光子晶体光纤的传输特性等几个方面。针对多包层空气孔光子晶体光纤结构的简化、制备以及在波长变换领域的应用进行深度展开,本文的核心创新点与相应研究成果如下:1.从研究空芯带隙型光子晶体光纤、空芯kagome结构光纤以及较为新颖的空芯反谐振光子晶体光纤这三种光纤的导光机理之间的关联性出发,针对现有文献中对于这三者导光机理的争论性问题,分析了三种不同空芯光纤的结构特点,研究发现了这三种空芯光纤的在纤芯形状、纤芯大空气孔壁厚、包层空气孔之间的间隙孔以及包层空气孔的层数这几个方面有一些区别和联系,并且利用有限元方法研究了不同结构参数光纤的传输特性的影响。最终发现这三种光纤都可以使用反谐振反射波导对传输特性进行解释。三者的共性在于,光纤纤芯壁厚是决定光纤带宽的关键因素。空芯带隙型光子晶体光纤的导光机理是带隙导光,但是纤芯壁厚仍旧是影响带宽的主要因素,而且纤芯表面模的消除却是反谐振反射波导的原理;空芯kagome结构光纤与空芯反谐振光子晶体光纤这两种光纤的导光原理都可以使用反谐振反射波导的原理进行解释。2.为了研究充氩空芯光子晶体光纤中的四波混频效应和波长转换,采用飞秒激光脉冲宽度为120 fs、重复频率为76 MHz、脉冲中心波长760 nm-980 nm范围内具有可调谐性的飞秒激光进行了非线性实验。实验结果表明,在特定波长下,在泵浦两侧产生新的光谱,可以精确地满足四波混频的相位匹配条件。然后使用分步傅里叶方法在理论上模拟了光谱的展宽情况,结合实验结果与理论分析,我们发现实验现象主要是由四波混频引起的,在这个非线性过程中也发生了一些自相位调制、受激喇曼散射和孤子效应等非线性相位效应。3.用有限元方法模拟设计出结构较为特殊的,只有单层空气孔的悬挂芯结构光子晶体光纤,这种光纤具有超长带宽范围内低损耗单模传光,而且能够实现高非线性系数、色散补偿等特性。分析和计算了悬挂芯结构光子晶体光纤的在带宽、损耗、色散、模场面积、非线性系数这几个光纤特性参数与光纤的结构参数之间的变化规律。得到的光纤可在0.7 um-2 um范围内单模传输,色散超过-500ps.（nm.km）^-1,而且非线性系数始终大于50 w^-1km^-1。分析了不同波长下空气孔中的光强比例变化规律,这一比例大于15%时候传输参数表现出许多反常传输特性规律。同时提出了一种降低悬挂芯光子晶体光纤损耗的光纤结构,并且论述了悬挂芯光纤的堆积法制备技巧。