纳米技术与光学技术的发展与交叉结合，促进了光子晶体的诞生。作为光子晶体的一项重要应用成果，微结构光纤的出现标志着一类新型光纤的问世；与传统光纤相比，它具有许多无可比拟的优良特性，如：无尽单模传输、奇异的色散特性、高度可控的非线性系数和高双折射特性等。近年来，微结构光纤的研究与发展引起了广泛的兴趣，并凸显出“新结构、新材料、新应用”等几大主题。本论文围绕微结构光纤的结构设计与关键特性分析进行了探索性的理论研究，内容主要集中在新型微结构光纤的设计与数值建模，偏振特性、模式特征、色散及非线性特性分析等方面，主要工作如下：1．分析并总结了用于仿真微结构光纤的多种数值算法的主要特点及适用场合，建立了基于全矢量有限元法的微结构光纤数值仿真模型，分析了多模光子晶体光纤的模式特征；建立了非线性全矢量有限元仿真模型，并对仿真模型的可靠性和准确性进行了验证，该模型考虑了非线性克尔效应的影响，可用于分析强光注入下的稳态特性。2．首次分析了椭圆形高折射率芯Bragg光纤的偏振和色散特性，详细讨论了光纤结构参量对模式双折射度的影响，发现这种光纤的模式双折射度在10^-3量级，比传统保偏光纤高出一个量级，且随波长的增加而单调递增；提出了高折射率椭圆芯Bragg光纤结构并分析了其偏振特性，详细讨论了光纤结构参量对模式双折射度以及群速度走离的影响，发现高折射率椭圆芯Bragg光纤的模式双折射度可达10^-2量级，比传统保偏光纤至少高出一个量级，并且表现出不同于传统保偏光纤的群速度走离特性。3．首次深入分析了挤压型光子晶体光纤的限制损耗及其偏振相关性，得出了限制损耗及其偏振相关性与光纤结构参量之间的依赖关系，并在此基础上，揭示了挤压型光子晶体光纤作为单偏振光纤的应用潜力。4．提出一种基于谐振吸收效应的新型单模单偏振光子晶体光纤，并利用全矢量有限元法对其模场分布、限制损耗、工作带宽、消光比等基本特性进行了数值模拟，讨论了结构设计参量对光纤性能的影响。数值研究结果表明，该结构可以较低的损耗代价获得较高的消光比和较宽的单偏振工作带宽；提出一种新型的基于双芯结构的单模单偏振光子晶体光纤，该结构可看作对上一种结构的改进和简化，通过数值仿真分析了其基本性能，详细讨论了光纤结构参量对光纤性能的影响。5．分析了高折射率芯Bragg光纤的色散特性，考察了包层内不同环上的低折射率材料的厚度变化对光纤色散特性的影响；分析了高非线性色散平坦型高折射率芯Bragg光纤中的限制损耗，并提出了一种优化设计方案。数值研究结果表明，该方案可用较为简单的结构获得低限制损耗的高非线性色散平坦光纤。