超短脉冲由于其强度大、宽度窄等特性使其在光通信、生物医学、激光加工等领域具有广泛的用途。光脉冲压缩和展宽对于获得超短脉冲具有重要意义。用于光脉冲压缩和展宽的高群速度色散光器件主要有体光学元件和光纤器件两大类。体光学元件,比如光栅对和棱镜对等,可表现出较大的可调谐色散。具有高群速度色散的光纤器件主要有色散补偿光纤、啁啾光纤布拉格光栅和微结构光纤等。本文提出了非对称阶跃折射率双芯光纤和三芯光子晶体光纤两种可实现高群速度色散、低非线性、低损耗的光纤结构,进而用于脉冲压缩和展宽。本文主要工作是分析两光纤的色散、非线性和损耗特性。通过数值求解脉冲传输方程以分析脉冲在光纤中的演化过程,讨论输入脉冲和光纤参数对脉冲展宽和压缩的影响。本文主要工作如下:首先,对脉冲在光纤中传输的基本理论进行了介绍,包括麦克斯韦方程组和亥姆霍兹方程,以及求解该方程得到光纤模场的数值计算方法—有限元法。然后介绍了光纤的群速度色散、非线性参数、模式损耗特性的概念和计算公式。最后,阐述了广义非线性薛定谔方程及其求解方法。其次,提出了一种非对称阶跃折射率双芯光纤,通过调节结构参数光纤超模可以提供高峰值的正常和反常群速度色散曲线。正常和反常色散的最大值可分别达到-3942ps/（nm·km）和3040ps/（nm·km）。对应两超模的非线性参数分别为0.0006W^-1/m和0.0007W^-1/m,模式限制损耗分别为9.69×10^-8d B/m和1.1×10^-5d B/m。通过适当调整光纤参数,可使群速度色散、非线性参数和限制损耗曲线在1550nm窗口中平移。研究了工作在具有正常色散超模1条件下的非对称双芯光纤用于脉冲展宽的情况,并分析了脉冲宽度、啁啾和光纤长度等参数对展宽脉冲的影响。最后,提出高群速度色散三芯光子晶体光纤结构,通过调节空气孔直径和孔间距、两纤芯折射率等参数,该结构在1030nm,1550nm和1900nm三个常用的光通信窗口中均可表现出高群速度色散、低非线性、低损耗特性,并且通过调节光纤参数,这些特性曲线可在一定波长范围内移动。当该结构的超模1和2分别被激励时光纤表现出高正常和反常群速度色散特性,因此能够用于脉冲展宽和压缩。对于高功率脉冲的展宽,由于光纤长度短非线性参数低,因此有助于避免非线性所致波形畸变。对于高功率脉冲压缩,对比了单段和两段光纤脉冲压缩方案,后者方案中脉冲的群速度色散和三阶色散均可被补偿,从而实现高质量的脉冲压缩。