本论文工作是围绕以下项目展开的：以任晓敏教授为首席科学家的国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“新一代通信光电子集成器件及光纤的重要结构工艺创新与基础研究”(项目编号：2003CB314900)；国家高技术研究发展计划(863计划)项目“单结构与多结构集成式光子晶体光纤及器件”(项目编号：2003AA311010)；教育部科学技术重大研究项目“基于微结构光纤的新一代光通信器件及系统”(项目编号：104046)：北京教委共建项目(项目编号：XK100130437)。 光子晶体光纤(photonic crystal fibers，简称PCF)是一种沿光纤端面存在周期性介电结构排列的特殊光纤。与普通光纤相比，它表现出许多优异的特性，如无限单模传输，色散和模场面积高度可控，高双折射等等。这些特性使PCF在光通信中具有广阔的应用前景，例如PCF可用来扩展光通信的波段，可用于色散补偿、脉冲压缩、短波孤子传输、超宽连续谱发生以及基于PCF的各种光纤器件等。 本论文对PCF的特性和应用、制作方法、理论分析方法和发展现状进行了综述，在此基础上，对光子晶体光纤的模场传输特性进行了数值模拟和分析，同时进行了基于光子晶体光纤的全光开关的实验研究。主要内容如下： 1．综合比较了光子晶体光纤的各种理论模型，分析表明正交函数法可以准确地刻画光子晶体光纤的折射率分布和模场分布，而且利用模场分解函数的正交归一化性质可将波动方程的求解转化为矩阵的特征值求解，计算速率较高、精度较好，所以本论文选用正交函数法作为基本理论分析方法； 2．利用正交函数法研究了光子晶体光纤的模场特性。分析了光子晶体光纤的模场分布特点，计算了光纤的有效模场面积、数值孔径。研究了PCF的模场面积对空气孔直径和孔间距的依赖关系，对不同大小模场面积PCF的实际应用做了讨论： 3．研究了PCF的色散特性，分析了光子晶体光纤的结构参量对其色散特性的影响，设计出三种有重要应用价值的光子晶体光纤结构，包括：零色散点在800nm PCF、在1550nm处色散值为6ps／nm／km的色散平坦PCF和1550nm处色散值达到-1700ps／nm／km的可用于色散补偿的PCF。