随着光信息传输与处理速度的高速发展,光纤器件微型化、集成化和低能耗化是光纤通信技术的发展趋势。石墨烯具有超高的载流子迁移率,超快的弛豫过程,可调控的费米能级,还可以吸收很宽频率范围的入射光,非常适合于光纤器件的设计。本文提出了一种新颖的石墨烯-光纤复合结构,首次将石墨烯涂覆在空心光纤和光子晶体光纤的纤芯孔内表面上,利用有限元法对该结构的调制特性、滤波特性和偏振特性进行了分析。本文的主要内容如下:首先,结合通信技术的发展历史,介绍了本课题的研究目的和意义,而且在查阅大量国内外相关文献的基础上,对基于石墨烯的光纤器件的研究现状进行了综合评述,总结了石墨烯和光纤的主要结合方式。其次,从石墨烯的能带结构出发,分析了石墨烯的线性光吸收和电光调制特性,并且介绍了分析光纤传输特性的解析方法和数值方法,重点介绍了本文所采用的有限元法,进一步给出了仿真软件的模拟过程。再次,设计了基于石墨烯涂覆空心光纤的调制器模型,利用有限元法研究了光纤的模场分布和电致吸收特性,同时研究了空气孔半径、石墨烯层数和缓冲层对调制器性能参数的影响。最后,设计了三种基于石墨烯涂覆光子晶体光纤的器件模型:第一种将石墨烯涂覆在圆形纤芯孔内表面上构成电吸收型调制器,分析光纤损耗随化学势的变化规律,研究其调制特性;第二种将石墨烯涂覆在圆形纤芯孔内表面上构成带阻滤波器,分析光纤损耗随波长的变化规律,研究其滤波特性;第三种是将石墨烯涂覆在椭圆形纤芯孔内表面上构成偏振器,分析TE和TM模式的损耗随化学势的变化规律,研究其偏振特性。同时利用有限元法研究了光纤的结构参数和石墨烯的材料参数对光纤器件性能参数的影响。