光子晶体光纤的出现及其迅速发展，特别是光子晶体光纤在色散控制和非线性应用中的进展，体现出光纤作为一种有效的光传输介质后，又承接了高非线性效应载体的重任。本文在回顾了普通单模光纤结构及其色散控制的发展过程；介绍了阶跃有效折射率光纤中的模式方程及其色度色散的计算方法；深入细致地分析了光子晶体光纤中非线性特性与色散的关系；明确了色散特别是零色散波长在非线性过程中重要作用的基础上；对以下几方面的研究进行了重点论述。　　 一.在光子晶体光纤色散特性的研究方面，提出并推导了阶跃折射率光纤中无任何近似处理的色度色散的解析表达式。确定了色度色散中模式特征值U值或W值及其导数，芯、包层材料折射率及其色散，在光纤色度色散中的组成特性；明确了各组成部分在色度色散中的作用。同时对公式在不同情况的简化进行了分析。给出的计算光纤色度色散参数的新解析表达式，为深入研究光子晶体光纤色散特性提供了有效的理论依据。　　 二.在进行光子晶体光纤色散特性的研究过程中，根据大量的统计分析，提出了一种线性阶跃有效折射率模型（Linear Step Effective Index Model，LSEIM）；其空气包层填充系数f=（6d）/（2π∧），与空气填充比dL=d/∧成线性关系。运用这种新模型对具有实验数据的光子晶光纤色散特性进行了理论与实验的对比研究；证实了其有效性和精确性。据此在大量的研究统计基础上，总结发现了光纤中存在的两个重要的直径参数：近零超平坦色散直径D0和零色散波长平坦直径Df。同时利用零色散波长平坦直径Df的概念，提出了一种零色散波长且与其直径变化不敏感的光子晶体光纤的设计方法；并进行了零色散波长800nm且与其直径变化不敏感的光子晶体光纤结构的具体设计。这些将对光子晶体光纤及集成光波导在非线性特性及其应用研究，尤其是对要求精确相位匹配的非线性特性的研究，具有相当重要的意义。　　 三.根据较多文献仅仅给出光子晶体光纤有效的结构参数，且与实际几何参数差别不明确的情况，对几十种光子晶体光纤电镜扫描SEM图像进行了数值处理方法的研究；明确了实际的光子晶体光纤的结构参数。在应用实际的结构参数进行光子晶体光纤色散特性的研究中，根据古斯汉森位移的定义，推导了光纤中有效直径与实际直径差的解析表达式。并根据不同直径的光子晶体光纤有效直径随波长变化关系，对高非线性，无限截止单模，大模场面积等光子晶体光纤的色散特性进行了实验研究。结果表明实验与理论有相当好的一致性。采用同样的方法，对近零超平坦色散光子晶体光纤进行的研究，揭示了近零超平坦色散光纤特性的物理形成机制。　　 四.在应用线性阶跃有效折射率模型对光子晶体光纤的研究中，提出了两种特殊结构的光纤：满足理想线性有效阶跃折射率模型的包层空气狭缝结构，及具有高稳定特性的海星结构光子晶体光纤（starfish，SF-PCF）；并对海星结构光子晶体光纤的色散特性进行了研究。