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随着新一代移动通信网络的升级和新一轮信息技术的迅猛发展，信息化促使人类生活方式和社会体系发生深刻变革，全球光纤传送网的数据承载能力不断提升，研究新型超大容量信息传输技术已经成为未来光纤通信发展的必然趋势。受限于非线性香农效应，传统单模光纤的通信容量已经逼近其极限，光信号在波长、偏振、时间等方面的复用潜能已被充分挖掘，光信号空间维度作为最后一个可复用维度，空分复用技术一致被认为是满足未来光纤通信容量持续增长的必然选择。论文面向空分复用光纤的偏振保持特性开展研究，重点探索熊猫型椭圆芯保偏少模光纤设计制备及性能测试，熊猫型保偏四芯光纤设计及性能评估，以及全光纤广义圆柱矢量光束产生。论文的主要研究成果包括
(1)完成支持LP01x,LP01y,LP11ax,LP11ay,LP11bx和LP11by6个导模熊猫型椭圆芯少模光纤设计与制备，在C+L波段范围内，导模间最小有效折射率差大于1.92×10-4，相对于传统圆芯光纤，空间和偏振简并性已被完全消除。设计光纤扭转实验方案对所有导模的偏振保持特性分别开展实验测试，在扭转率不大于1.5rad/m的条件下，所有导模的模斑相关系数均大于90%，偏振消光比大于20dB。
(2)完成熊猫型保偏四芯单模光纤设计，相比于传统熊猫型保偏单模光纤，可节约应力区50%的材料使用，降低光纤制备成本。使用数值方法评估光纤在1288-1630nm的波长范围内的光学性能：其芯间串扰优于-40dB/100km，每纤芯双折射大于3×10-4。在光学性能参数如色散、色散斜率、有效模场直径与标准单模光纤相类似的条件下，可满足保偏应用需求。
(3)理论发现对叠加合成圆柱矢量光束的两个HG模式进行偏振旋转或模场强度分布旋转操作，可以产生广义圆柱矢量光束。基于保偏少模光纤提出全光纤广义圆柱矢量光束产生装置，研制全光纤偏振控制器，实现HG模场无失真条件下的偏振操控。搭建全光纤装置，验证理论的可行性。C波段实测结果表明，两种全光纤模场操控方案所产生的广义圆柱矢量光束质量没有差异。
(1)完成支持LP01x,LP01y,LP11ax,LP11ay,LP11bx和LP11by6个导模熊猫型椭圆芯少模光纤设计与制备，在C+L波段范围内，导模间最小有效折射率差大于1.92×10-4，相对于传统圆芯光纤，空间和偏振简并性已被完全消除。设计光纤扭转实验方案对所有导模的偏振保持特性分别开展实验测试，在扭转率不大于1.5rad/m的条件下，所有导模的模斑相关系数均大于90%，偏振消光比大于20dB。
(2)完成熊猫型保偏四芯单模光纤设计，相比于传统熊猫型保偏单模光纤，可节约应力区50%的材料使用，降低光纤制备成本。使用数值方法评估光纤在1288-1630nm的波长范围内的光学性能：其芯间串扰优于-40dB/100km，每纤芯双折射大于3×10-4。在光学性能参数如色散、色散斜率、有效模场直径与标准单模光纤相类似的条件下，可满足保偏应用需求。
(3)理论发现对叠加合成圆柱矢量光束的两个HG模式进行偏振旋转或模场强度分布旋转操作，可以产生广义圆柱矢量光束。基于保偏少模光纤提出全光纤广义圆柱矢量光束产生装置，研制全光纤偏振控制器，实现HG模场无失真条件下的偏振操控。搭建全光纤装置，验证理论的可行性。C波段实测结果表明，两种全光纤模场操控方案所产生的广义圆柱矢量光束质量没有差异。