微结构光纤,即光子晶体光纤或多孔光纤,具有一般光纤所不具备的灵活的结构设计和独特的光导特性,广泛应用于光纤通信、光纤传感和光纤激光器等领域。磁流体纳米功能材料作为一种新型功能材料,具备很多优良的光学特性,比如折射率调制特性,受外界磁场的影响可以改变自身折射率。由于微结构光纤和磁流体各自突出的光学特性,将微结构光纤与功能材料相结合是一种新的研究趋势。本文在参考大量的文献之后主要进行了以下工作:(1)设计了三种微结构光纤,即十孔微结构光纤、四孔微结构光纤和改进的四孔微结构光纤。十孔微结构光纤结构如下:纤芯两侧分别有关于圆心中心对称的四个垂直排列的圆形空气孔,在Y方向上是填充有磁流体的两个较大的椭圆空气孔,十个孔包围形成光纤纤芯。四孔微结构光纤结构如下:光纤包层中有相互垂直的两对椭圆空气孔,垂直方向是两个较大的椭圆空气孔,水平方向是两个较小的填充磁流体的椭圆孔,四个孔包围形成一个类长方形的纤芯。(2)采用有限元仿真软件COMSOL仿真分析了光纤在2 μm波段的双折射特性、限制损耗特性以及X和Y方向的有效折射率差。通过对前两种光纤结构的分析,最终得到比较符合预期的改进的四孔微结构光纤,仿真结果表明,该光纤结构的模式双折射可以达到10-3量级,限制损耗低于10-11量级,同时实现了高双折射和低限制损耗的设计目标。(3)根据改进的四孔微结构光纤的纤芯有效折射率,本文设计了两种微结构光纤光栅,即偏振布拉格光纤光栅和相移光纤光栅,并针对光栅长度、折射率调制深度、双折射对光栅特性的影响做了详细分析。最后通过外界磁场与磁流体折射率的关系、磁流体折射率与纤芯有效折射率的关系以及纤芯有效折射率与光纤中心波长的关系,得到外界磁场与光栅中心波长之间的关系。