光子晶体光纤作为近十几年来光纤技术领域中所取得的一项最了不起的成就,由于其众多独特的导光特性而备受关注。如今,随着光子晶体光纤拉制技术的不断改进和完善,光子晶体光纤已经在光纤通信、传感、生物医学等多个领域得到了极为广泛的应用。因此,对新型高性能光子晶体光纤的设计是一项持续而富有挑战性的工作。本论文围绕目前光子晶体光纤设计过程中所存在的几个问题,设计了几种高性能的新型光子晶体光纤,并对这些光子晶体光纤的导光特性做了详细的理论研究,其主要的研究内容如下：(1)对矩形晶格结构光子晶体光纤内的导模特性进行了理论研究,同时利用条形光波导中的模式命名方法对这些模式进行了命名。此外,我们还根据光子晶体光纤的最小波扇面和相应的边界条件把光纤内的导模分成了四类非简并模。(2)设计了一种新型的超高双折射低损耗椭圆孔矩形晶格结构光子晶体光纤。系统研究了光子晶体光纤的结构参数对其双折射和限制损耗的影响,研究结果表明：该光子晶体光纤在波长1.55μμm处的双折射可以高达5.62×10-2。此外,当光子晶体光纤在波长1.55μm处的双折射高达4×10-2时,其x偏振模的限制损耗却只有0.005dB/km。最后研究了光子晶体光纤在拉制过程中导致的结构参数波动对其双折射和限制损耗造成的影响,发现这种影响比较弱。(3)设计了两种新型的复合包层结构的高非线性低损耗色散超平坦光子晶体光纤。通过优化这两种光子晶体光纤的结构,获得了在波长1.3-1.6μm范围内色散值的波动幅度分别只有0.931ps/(nm-km)和1.533ps/(nm·km)的超平坦色散以及低于0.001dB/km的超低限制损耗。与此同时,这两种光子晶体光纤在波长1.55μm处的非线性系数分别高达23.833W-1km-1和29.654W-1km-1。此外,详细分析了拉制过程中引入的参数误差对光纤色散及非线性的影响,发现光纤的抗误差能力非常强。(4)设计了一种新型的正方形晶格结构的狭缝光子晶体光纤。系统研究了这种狭缝光子晶体光纤的非线性及色散特性,发现此光子晶体光纤在波长1.55μm处的非线性系数可以高达104W-1km-1量级。此外,只要合理设计光子晶体光纤的结构,就能够把光纤的零色散波长移至1.55μm处。(5)设计了一种新型的螺旋形晶格结构的狭缝光子晶体光纤。通过对此光子晶体光纤的结构进行优化,使光纤中的准TE模和准TM模在波长1.55μm处的非线性系数都可以高达220W-1m-1以上。此外,它们的色散还可以在150m的宽带波长范围内实现超平坦化。最后分析了光纤的结构参数对色散和非线性的影响。(6)提出了用模相位匹配法来实现极化光子晶体光纤中的倍频效应。只要合理调节光子晶体光纤的结构参数,就能在很长波长范围内满足产生二次谐波的相位匹配条件。研究结果表明：倍频光的转换效率会随着其波长的增大而减小,而且极化光纤的非线性作用长度可以非常长。此外,利用同样的方法,我们还在极化石英光子晶体光纤中实现了和频效应,并对不同波长处的和频转换效率做了理论分析。