伴随“互联网+”和“5G”时代的来临，未来的互联网必须要满足超高速数据传输，但现行的扩充网络的方法已经存在技术瓶颈。为了扩充通信容量，近年来人们将空分复用技术应用于光纤通信，尤其是轨道角动量。微结构光纤调控灵活，拥有传统光纤无法达到的一系列优点，为了能够使轨道角动量在光纤中传输更稳定，结合微结构光纤的优势，研究人员采用了环芯微结构光纤。但为了保证形成同阶轨道角动量的HE和EH模式不叠加形成线偏振模式，因此相邻模式要有足够大的折射率差，导致环芯非常窄，模式面积小。因此将在环芯中引入高折射率柱，基于耦合模理论，利用超模叠加形成轨道角动量模式，实现大模面积。
　　首先，简要介绍了微结构光纤和轨道角动量的课题背景，详细介绍了目前国内外关于轨道角动量光纤的研究现状。此外，对轨道角动量的传输特性，空间和光纤中的形成方式以及典型光纤等问题进行了探究。
　　其次，根据耦合模理论对基模耦合形成的超模进行了分类，并设计了轨道角动量超模微结构光纤，各芯中的模式耦合形成超模，超模叠加形成轨道角动量。
　　同时，研究了不同参数时对光纤的折射率、折射率差、限制损耗、色散及模式面积的影响，最终提出最佳设计方案，其模式面积比传统环芯光纤增大了6倍多。
　　再次，由于单芯中为基模的设计方案形成的轨道角动量阶数会受芯数的限制，因此，将单芯单模扩展到单芯多模，并设计了超多模式轨道角动量超模微结构光纤。简要介绍了HE2,1模式的切向耦合和法向耦合，设计光纤结构，研究了结构参数对光纤特性的影响，最终给出最佳设计方案，支持56个模式大模面积传输。
　　最后，设计了一种全固态轨道角动量超模微结构光纤，其相对于空气孔方案而言结构简单，设计和制备的成本低，同时环芯两侧均为封闭边界条件。本文对不同纤芯时模式的有效折射率与包层材料折射率做了对比，并选择合理的参数，提出最佳设计方案，所设计光纤的最高模式纯度超过了99.9%。