由于光子晶体光纤灵活的结构设计和基质材料选择使得光子晶体光纤具有传统光纤无法比拟的光学特性。材料填充是一种能够进一步提升光子晶体光纤后加工的技术。近年来，利用光子晶体光纤制作小型化和集成化的新型光子器件已成为光电子领域的一个新的研究方向，这种基于光子晶体光纤的新型光子器件有望在工业、国防及科研等领域获得重要应用。本文基于有限元法和模式耦合理论设计了基于材料填充型光子晶体光纤的偏振滤波器、偏振分束器和折射率传感器；利用自主搭建的Yb光纤啁啾放大器和自主设计的真空充气装置，对一种基于氩气填充的KAGOME光子晶体光纤的光谱展宽特性进行了实验研究，获得了有效的光谱展宽。主要内容如下：　　首先，设计了两种基于软玻璃材料的双芯光子晶体光纤偏振分束器。第一种是基于碲玻璃材料窄带双芯光子晶体光纤偏振分束器，在两个通讯窗口1.33μm和1.55μm处获得了较高的消光比为-89.97 dB和-81.0 dB，以及优于-10 dB的宽度分别为15.1 nm和13.0 nm的带宽；第二种是填充硫系玻璃的SF57基质双芯光子晶体光纤宽带偏振分束器，通过在中心小孔中填充高折射率的硫系玻璃，增强双芯之间的模式耦合特性进而实现了宽带偏振分束特性，获得了消光比优于-20 dB的x和y偏振带宽分别为86 nm和60 nm的良好效果。　　其次，设计了基于表面等离子共振效应的单芯光子晶体光纤器件。方法是通过在设计的光子晶体光纤中填充金属金或银。利用等离子体缺陷模式和核心引导模式发生表面等离子体共振效应设计成了光子晶体光纤偏振滤波器。该滤波器在通讯窗口1.31μm和1.55μm处获得较高的限制损耗为244.9 dB和292 dB以及较低的插入损耗为4.0 dB/m和4.6 dB/m。通过在金属填充的光子晶体光纤中渗入不同折射率的分析物液体，发现共振频带随着分析物折射率的改变而明显改变，基于此原理设计成了高灵敏度的表面等离子体折射率传感器。填充金或银的表面等离子传感器在折射率从1.40到1.42的范围其灵敏度分别达到了7040 nm/RIU和7017 nm/RIU。　　再次，设计了基于表面等离子体效应的双芯光子晶体光纤器件。通过在双芯光子晶体光纤的气孔中选择填充金属丝或镀金属膜设计成了基于表面等离子体效应的双芯光子晶体光纤窄带偏振分束器或宽带偏振分束器。通过在光纤的远离纤芯的气孔中填充金属丝使得表面等离子体共振微弱地影响双芯引导模式之间的耦合进而设计成窄带双芯光子晶体光纤偏振分束器，它在1.33μm和1.55μm的获得了较高的消光比为-58 dB和-60 dB、优于-12 dB的带宽分别为54 nm和47 nm的窄带分束效果。通过在双芯光子晶体光纤的中心气孔镀金属膜或填充椭圆金属纳米线使表面等离子体效应对双芯导模之间的耦合较为强烈，从而制成宽带双芯光子晶体光纤偏振分束器。　　最后，实验研究了基于一种新型 KAGOME空芯光子晶体光纤的光谱展宽器。实验中采用自主搭建的Yb光纤啁啾放大器(F-PCA)和自主设计真空充气装置。研究过程中使用望远镜扩束技术将激光器的光束从3.0 mm扩束到9.0 mm然后使用焦距为250 mm的长焦透镜对光束进行聚焦后获得了恰好与KAGOME光子晶体光纤的纤芯的直径相匹配的直径为42.8 mm的光斑。通过在KAGOME空芯光子晶体光纤填充2bar氩气,利用激光脉冲与氩气在 KAGOME光子晶体光纤中相互作用而诱导的自相位调制效应实现了输出光谱的有效展宽。最终获得了波长从1020 nm到1050 nm的光谱展宽。