石墨烯自从被发现以来,因其独特的二维结构以及光电特性,受到了广泛关注。特别是,石墨烯具有超高的非线性系数,是一种极具潜力的超紧凑非线性光学介质。因此,本文将石墨烯和微纳光纤相结合,形成石墨烯-微纳光纤复合结构,通过理论建模及数值仿真,对其非线性光学特性加以分析。在总结石墨烯波导的研究进展基础上,本文结合微纳光纤传输理论及石墨烯光学特性理论,建立了石墨烯-微纳光纤复合结构的非线性参量过程理论模型。仿真计算表明,复合结构同时具有高非线性系数和高损耗值,因而提出利用FOM参数表征该复合结构的非线性特性。通过对微纳光纤直径进行优化,针对通信波段1550nm以及10w的入射光峰值功率,FOM参数在微纳光纤直径为0.75μm时达到其最大值0.0083 W-1。仅在26.2μm长的复合结构中,最高转换效率可达-25.2dB,转换带宽达到400nm,而且将入射泵浦光放置在零色散波长附近(980nm),转换带宽能够达到780nm。可见,通过在微纳光纤上包覆石墨烯形成石墨烯-微纳光纤复合结构,可以有效提升其非线性光学性能。本文分析了石墨烯化学势的变化对复合结构的影响。当化学势为0.5 eV时,石墨烯-微纳光纤复合结构在1550 nm波段将会发生狭缝效应,石墨烯层对光场的束缚作用大大加强。此时,在2μm量级长的复合结构中,仅需2mW入射功率,转换效率即可提高至1.6dB,但是因符合狭缝效应的波段很窄,带宽变得很窄,仅为4 nm。