超连续谱(Supercontinuum,SC)具有亮度高、频谱宽、相干性好等优良特性,在生物医学、光通信网络、气象探测等诸多领域有广泛的应用前景。光频梳(Optical Frequency Comb,OFC)是由一系列相位相干、间隔均匀的频率分量组成的光谱,由于它的高稳定性在天文、光测量、通信等领域应用广泛。单偏振SC也引起了人们的广泛关注,作为实现单偏振SC的重要介质,保偏光子晶体光纤(Polarization-maintaining Photonic Crystal Fiber,PMPCF)在两个偏振方向上有不同色散特性,通过在不同偏振方向上泵浦可以得到特性不同的SC。多模PCF可以同时传输多种不同的模式,是解决通信拥堵的有效方案,具有很高的研究价值。本文使用碲化物材料设计了多模PCF和保偏多模PCF,并分别基于它们研究了多种光学模式的高相干、倍频程SC和OFC的产生。主要研究工作及成果如下:1.通过对色散和非线性系数的研究,设计了满足要求的多模碲化物PCF。仿真研究了泵浦脉冲参数(波长、脉冲宽度、峰值功率)对LP01、LP02、LP12模式SC产生的影响,研究得到当泵浦脉冲波长λ0=2.5 μm,宽度T0=80 fs,峰值功率P0=18 kW时,三种模式的频谱展宽分别为2.56、1.39、1.12倍频程。分析了最佳泵浦条件时SC时域和频域的动态演化。通过分析相干性得到:当随机噪声系数η<1× 10-3时,利用三种模式所产生的SC相干性近似为1。2.选用最佳泵浦条件的泵浦参数和重复率为1GHz的脉冲序列泵浦上述多模PCF,基于LP01、LP02、LP12模式产生的SC获得了倍频程的OFC。3.通过对色散和非线性系数的研究,设计了满足要求的多模保偏PCF。改变泵浦脉冲参数(波长、脉冲宽度、峰值功率),对上述保偏PCF进行泵浦,分析了产生SC的时域和频域特性,得到了最佳的泵浦参数:λ0=2.0 μm,T0=80fs,P0=18 kW。此时 LP01、LP11、LP21模式在快、慢轴方向上产生的SC展宽分别为2.00、1.92、1.28倍频程和2.15、2.04、1.46倍频程。对比分析了各模式快、慢轴上SC时域和频域的演化以及随机噪声对单偏振SC相干性的影响。仿真结果表明:当随机噪声系数η<1 × 10-4时,利用三种模式所产生的SC相干性近似为1。4.选用最佳的泵浦参数和重复率为1 GHz的脉冲序列泵浦上述多模保偏PCF产生SC,仿真研究了 LP01、LP11、LP21模式,在其两个偏振方向上都获得了倍频程的OFC。本文对多模PCF设计、倍频程SC和OFC产生的研究成果为宽带、高相干、单偏振的SC产生和低噪声、稳定的OFC产生提供了解决方案。这些研究成果将促进SC和OFC源产生及应用的研究与发展。