光子晶体光纤具有与传统光纤不同的优良特性,例如高双折射、高非线性、色散可控和无限单模传输等特点,其在光信号传输、光传感等领域具有无可比拟的优越性,而且随着光子晶体光纤应用领域的不断扩展,新型光子晶体光纤的设计、分析和应用成为近年来热门研究领域之一。本论文采用精确的数值计算方法对新型光子晶体光纤的特性进行计算,并在此基础上对其应用进行了深入系统的研究,其主要获得的研究成果包括:(1)提出一种新型全内反射双芯光子晶体光纤,基于该光纤设计了一种宽带、高消光比的短长度偏振分束器,利用有限元法精确计算了光纤结构参数对偏振分束器性能的影响。通过优化结构参数,该偏振分束器在1.55μm波长处获得很高的消光比(118.7dB),消光比大于20dB的带宽约249nm(1417nm-1666nm),覆盖了全部S+C+L通信波段,同时,获得这些优良特性所需的光纤长度仅为119.1μm。该偏振分束器在促进光通信系统大容量和集成化发展中具有潜在的应用。(2)将液晶填充到以硅玻璃为背景材料的简单结构光子晶体光纤包层空气孔中,改变了光子晶体光纤的导光机制,因液晶材料的折射率与外界条件(温度和电场)密切相关,所以利用平面波展开法研究了外界条件对光子晶体光纤带隙的影响。通过研究发现当光子晶体光纤的结构参数和外界条件合适的情况下,不同偏振方向的光可以在不同的带隙范围内进行传输,进而提出一种基于PBG导光机制的偏振分束器,并对其性能进行了精确计算。结果表明,通过设置合适的结构参数,该分束器了实现短长度(890.5μm)和宽带宽(约150nm)性能,除此外,该分束器具有优良的抗电磁干扰性能,而且其对外界温度的变化具有一定的敏感性,可以应用于温度传感领域。(3)提出了一种新型全圆空气孔结构的非对称双芯光子晶体光纤,以谐振耦合原理为基础,详细分析了结构参数对相位匹配波长的影响,通过调整其结构参数在1.55μm处实现了谐振耦合,其后将该光纤应用在光滤波领域,并利用光束传播法对滤波器的输出谱特性进行分析。数值计算结果表明,滤波器的输出特性几乎与输入端口的选择无关,通过采用合适的结构参数,该滤波器可以实现短长度(1.83mm)、低旁瓣和窄带宽(58nm)性能,其将在集成光通信系统中发挥重要作用。(4)采用As2Se3作为光子晶体光纤的背景材料,研究了结构参数对光子晶体光纤色散、非线性和限制损耗等性能的影响,在中红外波段设计了一种全正常色散值的高非线性色散平坦PCF。通过求解非线性薛定谔方程建立超连续谱产生的数值模型,详细分析了超短脉冲在正常色散光纤中的展宽机制,其后系统研究光纤长度L、泵浦峰值功率P0、泵浦中心波长λ0和泵浦宽度tFWHM对超连续谱产生的影响,最终利用该光纤实现了宽带、平坦的中红外超连续谱输出。数值计算结果表明,当L=6mm、λ0=4375nm、tFWHM=50fs、P0=4.25kW时,可以实现宽带、平坦的中红外超连续谱输出,平坦带宽约为2092nm(3866nm~5958nm),其在物质结构探测、生物医学、食品质量检测和环境监测等领域具有潜在的应用。