自从1996年Russell等研制出第一根光子晶体光纤以来，众多的大学和科研机构投入了大量的人力物力对光子晶体光纤在理论和实际应用方面进行了深入的研究。光子晶体光纤是一种带有缺陷的二维光子晶体，其纤芯是由石英或空气孔构成的线缺陷，光纤包层是由规则分布的空气孔组成，因而光子晶体光纤又被称为多孔光纤或微结构光纤。光子晶体光纤因其全新的结构和导光机制、优越的导光特性和灵活的设计自由度，成为目前光学和光电子学领域的研究热点。 本文从光子晶体的概念出发，论述了光子晶体的特征，引入了光子晶体光纤的概念。分别介绍了光子晶体光纤的带隙型和全内反射型的结构及其导光机理。并阐述了光子晶体光纤在光通信、光电子和信息处理方面的应用，说明了研究光子晶体光纤的实际意义和价值。 在众多的数值分析方法中，平面波展开法具有简单、可靠、高效的特点。本文重点阐明了平面波展开法的基本原理，并运用平面波展开法对光子带隙型光子晶体光纤的能带结构、光子带隙进行了分析和计算，对全内反射型光子晶体光纤的模场、传导模、辐射模、色散关系进行了分析和计算，并且利用全内反射型光予晶体光纤的“无截止单模”特性与光纤尺寸无关，设计出大模场光子晶体光纤结构，并计算其色散关系分析其传输特性。大模场单模光子晶体光纤可以大大降低光功率密度，减小非线性效应且不易被击穿，在高功率传输、高功率光纤激光器和放大器方面具有广泛的应用。