随着物联网和大数据技术的飞速发展,大容量、高速率光纤信息传输是成为现代通信领域研究热点问题。同样在信号动态传输领域,利用多通道光纤旋转连接器传输大容量、高速率信息,并使用光码分多址复用技术进行长距离的多路光信号传输。在信息传输过程中,有时需要油、水和气体等介质一起传输,中空型光纤旋转连接器可满足这些介质和信号的同时传输。本文针对多通道、中空型旋转连接器的信号传输需求,从理论和实验两方面研究了双轴晶体锥形折射效应和环形基体锥面反射原理。利用锥形折射产生圆环光的特性,研究了锥形折射逆效应,并分析该逆效应在中空型多通道光纤旋转连接器上的应用;根据锥面反射原理,研究了空心的平面-锥面反射型环形基体周向传光特性。上述研究对多通道中空光纤旋转连接器的发展具有重要指导意义。本论文的主要工作:1.基于光束在双轴晶体中的传输特性,讨论了双轴晶体锥形折射的衍射理论,并分析了锥形折射光强与轴向位置的关系;利用Matlab软件仿真了晶体锥形折射光强,验证了其偏振态分布特性;建立了环形光束锥形折射的理论模型,基于其偏振特性设计了一种具有特殊偏振分布的组合型偏振片,并研究组合偏振片对锥形折射的调制作用。2.分析了双晶体级联锥形折射的理论推导过程,发现当级联的两块晶体赝矢量方向相同时,会出现锥形折射简并现象;当级联的两块晶体长度相同、赝矢量方向相反时,会出现锥形折射退化现象,实现了锥形折射逆效应。提出了利用双轴晶体锥形折射逆效应设计中空型多通道光纤旋转连接器的方法。3.讨论了锥面的光学反射理论,提出了一种空心的平面-锥面环形反射基体,计算了光束在环形基体内的传播路径并给出了各结构参数之间存在的约束条件,通过分析基体各结构参数之间的关系,确定了各参数较合适的数值。利用LightTools光学仿真软件分别对环形基体内单路和多路光束传播进行了追迹;搭建环形基体内光束传播的实验测试系统,测试了器件的传输性能;光线仿真结果和实验结果都与理论设计相符合,验证了环形基体周向传光的特性并可应用于中空型光纤旋转连接器中。