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本论文工作是围绕以下项目展开的：以任晓敏教授为首席科学家的国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“新一代通信光电子集成器件及光纤的重要结构工艺创新与基础研究”(项目编号：2003CB314900)；国家高技术研究发展计划(863计划)项目“光子晶体光纤及器件的研制与开发”(项目编号：2007AA03Z447)和教育部科学技术重大研究项目“基于微结构光纤的新一代光通信器件及系统”(项目编号：104046)。微结构光纤(Microstructured Fibers,MFs)以其特殊的色散、非线性特性向人们展示了一个充满想象的应用前景。近年来,关于微结构光纤的设计、制造及应用已成为研究热点。目前利用微结构光纤产生可用于波分复用(WDM)光通信系统的超连续谱光源以及全光再生的应用研究日益受到重视。本论文主要围绕适于产生1550nm波段、宽带、平坦的超连续谱的高非线性色散平坦微结构光纤的设计及基于微结构光纤的超连续谱光源等方面的应用展开研究,主要成果如下：1.理论研究了微结构光纤的结构参数对色散、非线性、损耗等特性的控制规律,利用有限差分波束传播法(FD-BPM)设计了两种性能优异的高非线性色散平坦微结构光纤。(1)具有双色散零点、色散平坦、高非线性、低限制损耗的微结构光纤,在1.45～1.65μm波长范围内的色散值为－1.380～+0.9866ps/nm/km,限制损耗在10-4dB/km的量级；在1550nm的通信波长窗口处,非线性系数大于33.1W-1km-1。(2)具有近零值的正常色散,色散平坦、高非线性、低限制损耗的微结构光纤,在1.45～1.65μm波长范围内的色散值为-1.65～0.335 ps/nm/km；在1550nm的通信波长窗口处,非线性系数可达33.7735W-’km-’,限制损耗低至3.32×10-4B/km.研究证明该光纤适于产生1550nm波段的、宽带、平坦的超连续谱。以上设计的光纤还具有结构参数少、孔径与孔间距之比适中的优点。3.利用上述设计的第二种光纤,即具有近零值的正常色散,色散平坦、高非线性、低限制损耗的微结构光纤,理论分析了脉冲的峰值功率、半高全宽、光纤长度、正负啁啾等对超连续谱产生的影响,结果表明：当泵浦光脉冲的半高全宽为1.5ps时,在80m的微结构光纤中产生-10dB带宽大于100nm的超连续谱,需要光脉冲的峰值功率为30W,与之比较,利用Crystal Fiber公司的(NL-1550-NEG-1)高非线性色散平坦光纤要产生－10dB带宽大于100nm的超连续谱,则需要120W的泵浦光功率。在相同前提下,设计的光纤对峰值功率的需求降低了50dBm左右。4.与人合作,对基于超连续谱的DWDM光源的实现进行了实验研究,对平坦超连续谱进行了滤波窗口在0.8nm-2.5nm之间时的宽带滤波,滤波器的中心波长从1525nm遍历到1575nm,滤波结果显示能够得到携带脉冲信息的光源。5.实验研究了基于微结构光纤产生超连续谱的全光2R再生。利用具有近零正常色散值和高非线性系数的微结构光纤,对10Gb／s光信号实现了基于超连续谱的全光再生,再生信号的消光比从10.3dB提升至15dB,同时消除了信号的幅度抖动。6.利用基于超连续谱的DWDM光源以及一些色散补偿,全光再生器件进行了全光通信系统仿真,结果表明：产生的超连续谱滤波后获得了重复频率为10GHz、宽度为6ps脉冲序列；调制后的光信号经过98km长的G.652光纤传输后,利用1km的宽带色散补偿微结构光纤对其进行色散和色散斜率补偿,补偿后的眼图与补偿前相比有明显改善；有全光再生单元存在时,信号眼图Q因子从11.4提高至12.7,眼图高度提高了8.3%。