包层微结构调整的灵活性,使得微结构光纤(Microstructure fiber, MF)的光学特性明显的不同于传统光纤。这些不同于传统光纤的显著特征使得微结构光纤成为光学领域的一个研究热点。本论文对微结构光纤的一些特性进行了初步的探讨。首先,对微结构光纤的研究概况进行了一般的综述。其中包括微结构光纤概念的提出,和传统光纤相比的异同,微结构光纤色散的多样性,微结构光纤中的偏振和双折射,微结构光纤在非线性光学中的应用以及微结构光纤制作材料和制作方法的多样性,微结构光纤中的模间干涉等。其次,简要介绍了用于研究微结构光纤模式及其模间干涉的几种方法。其中包括:等效折射率方法、局域化函数方法、全矢量平面波展开法、双正交基矢方法、多极化方法、Fourier展开法、有限微分方法和有限元方法等。这些方法各有优点和缺点,根据研究对象和精度的不同,在实际工作中可以灵活选取合适的研究方法。然后,利用等效折射率方法,对不同结构参数微结构光纤的不同模式的色散特性进行了研究。结果发现,微结构光纤的模式及其色散特性灵敏地依赖于它的结构参数。多模微结构光纤中不同模式的零色散点分布在一个波段上,使得在零色散点附近才能发生的一些非线性现象更加容易显现。例如多模微结构光纤中各种非线性联合效应产生的超连续光谱就是一个典型的例证。再然后,重点研究了微结构光纤中的模间干涉现象。利用等效折射率方法对仅仅支持两个导模的一种微结构光纤中的模间干涉现象进行了研究,理论计算和文献中报道的实验测量结果符合的比较好。它说明了这种计算方法的可行性,更为重要的是,理论计算还指出了微结构光纤中,频率域的双模干涉中存在精细结构,精细结构的出现是微结构包层灵活调整的结果。这些精细结构使干涉测量的精度提高了一个数量级。接下来解释了我们课题组制作的一种微结构光纤中的奇异现象:将钛蓝宝石飞秒激光脉冲耦合到一种微结构光纤中,在一定的波段产生连续的光谱之后,沿着光纤轴线方向,出现了某些颜色强度极大的一些谱线的准周期分布。在制作微结构光纤的早期阶段,曾经在空气孔无规则分布的多芯微结构光纤中观测到类似的现象,当时解释为光纤无规则空气孔不对称导致的与偏振相关的干涉现象。而这次拉制的光纤尺寸均匀性很好,对其产生的类似现象需要重新给出解释。数值计算表明,这根微结构光纤仅仅支持最低阶的四个导模,而这四个导模之间的模间干涉计算结果能够比较好的说明这种现象。最后把微结构光纤中的多模干涉特征和传统光波导中的多模干涉特征进行了对比,指出了微结构光纤中多模干涉现象的潜在应用领域。论文的最后一部分,研究了光腔间的模式耦合特性。对入射腔基横模到次级光腔基横模、一阶横模、二阶横模和三阶横模的功率耦合系数进行了研究,给出了这些耦合系数对光腔轴线间的平行移位、光腔轴线间的相对倾斜的依赖关系的解析表达式。最终给出了这些模式耦合系数达到最大值的条件。理论计算对光学腔体的调节有一定的指导作用。