微结构光纤以其独特的特性和灵活的结构设计自由度,受到国内外科研人员的广泛关注,是目前特种光纤领域的研究热点。随着微结构光纤制作技术的不断完善,各种新型微结构光纤的研制速度加快,也为开展微结构光纤的应用研究提供了很好的机遇。本学位论文是在国家自然科学基金面上项目“系列超宽带双芯光子晶体光纤以及相关器件的研究”、北京交通大学优秀博士生创新基金和澳洲科学委员会项目的共同资助下,结合目前超高速大容量光网络及太赫兹(Terahertz,THz)技术的发展需求,从制作及应用可行性角度出发,开展了超宽带微结构双芯光纤偏振分束器和低损耗柔性THz微结构光纤的理论与实验研究工作,并基于所研制的THz光纤,开展了THz成像技术研究。取得的主要创新成果如下：1. 提出了一种超宽带微结构双芯光纤偏振分束器。利用掺氟芯降低耦合长度对波长的敏感性,在微结构双芯光纤中引入两个掺氟芯和一个椭圆空气孔;以中心椭圆孔作调制芯,利用几何双折射增大两偏振态耦合长度的差异,并控制两个掺氟芯光场之间的耦合,实现了超宽带偏振分束功能。通过结构和材料参数优化,可实现波长从1.23/μm到1.63μm高达400nm的工作带宽,范围覆盖了O, E, S, L和U通信波段,在1.55μm波长处,消光比达到-35dB。由于只有一个椭圆孔,比现有的全椭圆空气孔结构和矩形晶格排布结构更加容易实现。此外,双芯间隔17.3/μm,大于单模光纤的纤芯直径,便于同单模光纤和保偏光纤进行接续,且纤芯模场与单模光纤的模场匹配度高,接续损耗仅为0.38dB,与现有光纤系统具有良好的兼容性。2. 提出了一种改进型超宽带微结构双芯光纤偏振分束器结构,以小空气孔线阵构成的微芯代替中心椭圆空气孔,降低了制作难度。该偏振分束器可以实现300nm的工作带宽,模场面积同单模光纤更加匹配,与单模光纤的接续损耗仅为0.04dB。实验中采用二次拉丝法成功拉制出一种微芯含有三个小空气孔的双芯微结构光纤,验证了微芯结构的制作可行性。3.提出并研制出一种基于Zeonex材料的管状包层结构的空芯THz光纤,有效地降低了光纤损耗,提高了光纤柔性。控制毛细管管壁厚度,可调整THz光纤的传输窗口。包层毛细管管壁厚度为92μm时,在0.1-1.5THz范围内实现了一个从0.6-1.45THz超宽传输窗口,最低损耗低于0.1dB/m。包层管壁厚度为378μm时,在0.1-1THz的范围内有三个低损耗传输窗口,损耗均小于5dB/m,其中两个高频窗口的损耗仅为1dB/m。该光纤可实现弯曲半径为12.7cm的弯曲,是目前柔性最好的THz光纤。4.提出了一种伪色彩THz成像方法。使用三个不同频率区间的积分代表RGB三基色,通过一次成像即可获得样品的彩色THz图像。解决了灰度成像需要进行频率扫描,成像速度慢的问题,并提高了THz图像辨识度及检测速度。成像系统的空间分辨率可以达到0.4mm,足以满足快速安检的应用需求。5. 首次实现了可移动的THz成像。将自制的包层毛细管管壁厚度为378μm的低损耗柔性THz光纤作为光纤探头应用到THz成像系统中,实现了可移动成像,打破了传统THz成像系统的空间限制。同时,应用伪色彩成像原理,将光纤的三个传输窗口定义为RGB三基色的频率积分区间,构成伪色彩THz成像系统。利用成像系统对样品进行伪色彩成像,THz图像中可通过颜色清晰地区分出背景、塑料容器和容器内的两种白色粉末,研究成果对扩展THz成像技术的应用范围具有重要意义。