聚合物光纤问世已有四十余载。来自光学、聚合物材料学以及加工工艺学等各领域中的理论和技术进步,共同造就了聚合物光纤的蓬勃发展。近年来,特殊结构聚合物光纤因具有突出的性能和新的应用,逐渐成为研究的热点。本文基于材料理论设计,围绕特殊结构聚合物光纤的设计、制备和性能研究进行了如下研究工作:1.聚合物瓣状光纤。瓣状光纤是一种大模场光纤,它的截面结构包含一个折射率均匀的纤芯和折射率沿角向呈瓣状分布的包层。研究工作首先从结构参数与材料参数两方面入手进行了聚合物瓣状光纤的设计。通过“径向等效折射率”算法,对瓣状光纤的结构参数进行了对比研究,最终确定了适合聚合物材料的结构参数设计。材料参数设计则以由“定量结构~性质关系”方程拟合得到的聚合物材料参数,通过“玻璃化转变温度~折射率”分布图对二元共聚物的组成和性质进行了理论分析和实验验证。在上述设计基础上,制备了芯层掺有稀土配合物的光纤预制棒,并通过热熔拉伸法得到了预想结构的聚合物瓣状光纤。2.介绍了聚合物光纤布拉格光栅的设计、制备以及初步的性能研究。设计工作结合聚合物材料的光学性质与光纤光栅基础理论,对制作聚合物光纤光栅所用的材料组成进行了分类设计计算;通过计算机模拟计算得到了理论预期的光栅信号谱线,并研究了材料与光栅刻写操作对信号品质的影响。实验工作在理论设计的基础上,制备出聚合物光纤布拉格光栅。实验得到的单模布拉格光栅信号谱线,信号形状和波长位置均接近理论计算结果。3.通过理论计算,半定量地研究和分析了相位掩模残存的微弱零级光束对光栅刻写的影响;另一方面,在偶氮苯聚合物薄膜上使用相位掩模板刻写得到了表面起伏光栅,通过薄膜光栅的衍射实验,进一步分析了使用具有零级残余的相位掩模刻写光栅的最佳时间。4.研究了荧光材料自吸收行为对太阳能收集器性能的制约。使用来自溶液和荧光光纤的数据,对比了有机染料和稀土配合物之间吸收和荧光发射机理与效果的差异。通过对光纤荧光强度与自吸收率r的比较,揭示了自吸收行为对太阳能收集器尺寸的限制作用。