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双折射和非线性是微结构光纤(MOF)所具有的重要特性,自MOF诞生以来已有大量的文献分别报道了对双折射和非线性特性的研究。本文将MOF的非线性与双折射相结合,通过创新的设计理念探索MOF双折射和非线性的相互关系,并在实验上研究飞秒激光脉冲在双折射和双零色散MOF中产生非线性的作用过程。本文的研究内容主要包括以下几个方面。首先通过求解非线性薛定谔传输方程数值模拟了飞秒激光脉冲在设计的高非线性MOF中的传输,根据模拟结果分析了飞秒激光的脉冲峰值功率,脉冲宽度,脉冲波长及初始啁啾对在光纤中产生的超连续谱的影响。其次,论文设计了正八边形包层椭圆形纤芯结构的MOF,模拟分析了包层空气孔直径和纤芯长短轴之比对MOF双折射和非线性带来的影响。由模拟分析结果可知,这种光纤包层的对称性较高,MOF的双折射主要是由纤芯的不对称造成的。论文又提出了中心大孔的压缩八边形和类矩形纤芯结构两种MOF,并分析了孔径、孔间距和纤芯长短轴之比对双折射、非线性和色散带来的影响,得到了减小孔间距能更有效地提高MOF双折射和非线性以及输出脉冲的宽度随纤芯的长短轴之比增大而增大的结论。再次,采用有限元法对课题组自行研制的一种新颖的V型结构的MOF的各项参数进行理论模拟,发现它的非线性和双折射都较高;通过对飞秒激光脉冲在其中传输的实验结果,分析了V型MOF的色散、双折射、入射光的功率、入射光的中心波长对产生的超连续谱造成的影响。然后,通过对课题组自行拉制的一种包层无序排列的双折射非线性MOF进行飞秒激光传输实验,首次发现入射脉冲的中心波长位于MOF的正常色散区也可以产生显著的斯托克斯波和反斯托克斯波,并用四波混频的相位匹配理论解释了两种波的产生。进一步研究发现通过相位匹配条件、入射脉冲偏振化方向、平均功率及中心波长的调节可以有效地控制双折射非线性MOF中两种波的强度、中心位置及转化效率。最后,通过计算,得到了MOF截面结构参数对产生的两个零色散波长位置的影响规律;分析得到了单零色散和双零色散MOF的色散和四波混频相位匹配之间的关系;并在具有双零色散的MOF中进行光谱传输实验,验证了MOF的零色散个数及位置对产生的四波混频波长转换的影响规律。