随着移动互联网、云计算服务和物联网等技术的飞速发展,对互联网通信速率及容量的要求迅速提高[1,2]。社会网络信息总量在今后10-20年预计将有20-400倍的增长。监测统计和分析表明,信息增长的分布是不均衡的,承担着信息汇总、处理、存储和分发任务的全球数据中心（Globe Data Center,GDC）和高性能计算机（High Performance Computer,HPC）等是增长的热点[2,3]。但是,在大型IT设施内部,通信技术已成为了限制其容量扩充的瓶颈,主要体现在现有的通信技术不能满足有限空间内的超大容量通信（大容量高密度）要求。因此,亟需发展新型的光通信复用技术,满足高带宽、低时延、高能效的要求,成为面向数据通信内部超高容量密度互联的核心技术。我们提出研究柱矢量光束（Cylindrical Vector Beam,CVB）复用的光通信技术。首先,CVB具有比传统的轨道角动量（Orbital angular momentum,OAM）光通信更大传输信息容量的潜力。这主要基于CVB光束是一种正交的矢量光束模式,不仅不同阶数的CVB相互正交,而且阶数相同的CVB也存在两个相互正交的偏振态。比如,径向、角向偏振光均为一阶CVB,但二者偏振态相互正交。这充分说明CVB光通信理论上能实现比OAM光通信多一倍信息传输容量。其次,相位特性及偏振特性均为光束两个基本性质。光束在空间传输过程中,相位特性相较之于偏振特性更容易受到大气扰动的影响,而CVB是一种基于偏振正交的矢量模式,理论上在各向异性的介质中传输能保持正交性且偏振态不变。因此,CVB理论上具有更强的抗大气湍流或非均匀波导中模式串扰能力。最后,在光纤通信方面,由于光纤具有光波模式选择性,非本征模式光束不能在光纤中稳定传输。通过理论求解在光纤中波动方程,得到CVB光束是光纤中的本征解。因此,研究基于CVB复用的光通信技术具有重要的科学与现实意义。本论文的主要研究成果如下:1验证了CVB在空气芯型光子晶体光纤的传输,并进行了复用通信实验。首先用SEM拍摄光子晶体光纤的截面图,然后根据截面图的光纤结构在COMSOL中进行光纤电磁频域仿真,计算出光纤支持的模式数目、模式折射率、损耗等参数,然后进行CVB在光子晶体光纤中传输的验证性实验,得出最高可以支持4阶CVB,最后进行复用通信实验。2设计了低损耗,支持高阶CVB传输的空气芯反谐振光纤。根据反谐振光纤的原理设计符合我们目标的反谐振光纤结构,同时满足低时延、低损耗、低色散、能够传输高阶CVB,对设计过程进行总结得出一般性的规律,为后续的通信实验作铺垫。