摘要：双芯光纤制作简单,结构稳定,在光纤通信、光纤传感等领域中有着广阔的应用前景,但是双芯光纤全接入连接器的缺乏阻碍了双芯光纤各种应用和研究的进一步发展。本论文结合国家自然科学基金重点项目“面向细粒度光路交换信息安全网的光纤器件”,对双芯光纤的光波导横向耦合模理论、耦合特性以及双芯光纤全接入连接器进行了深入系统的理论和实验研究,获得的主要创新成果如下：1.基于光波导横向耦合模理论的基本思想,由Helmholtz方程出发,推导出了一种新型的非正交耦合模方程,与传统方程的对比证明了该方程的正确性。2.基于双芯光纤耦合模理论分析了双芯光纤的耦合长度随两芯子间距的变化,利用光纤有限元方法分析了双芯光纤本征模式的双折射,以及双芯光纤耦合长度的偏振依赖特性,计算得出双芯光纤应力双折射远大于几何双折射,快轴(即x方向)的耦合系数大于慢轴(即y方向)的耦合系数,且随着双芯光纤两芯子中心间距的增大,其耦合长度的偏振敏感度将增高。3.分别采用侧边加工预制棒法和侧边开槽法制作了圆形、哑铃形和跑道形截面的双芯光纤,搭建了双芯光纤耦合系数可灵活调谐的CO2激光调节系统,实验中CO2激光照射引起双芯光纤耦合角的改变在104.7(rad/m)左右,且不会随波长的变化而显著改变。4.实验测试了双芯光纤在-30℃～175℃范围内的温度特性,发现随着温度升高,双芯光纤的耦合系数逐渐减小,且双芯光纤耦合角的温度敏感性随温度增加不断升高,为温度传感器的设计提供了一种新的思路。5.首次提出并实验验证了一种具有低串话路和低损耗特性的新型双芯光纤全接入连接器,利用该连接器可实现芯子相距小于20μm的双芯光纤的两纤芯分别与普通光纤的连接。由有限元方法精确计算表明,通过该连接器,从双芯光纤中射出的两个光场的中心间距可由16μm增加至大于90μm,引起的串话路仅为-37dB,引起的总功率损耗仅为0.056dB。通过侧边开槽法光纤制造工艺和光纤熔融拉伸技术分别制作完成了一根共线四芯光纤和一段带有尾纤的双子光纤,从而部分实验验证了新型连接器方案的可行性。如果该连接器研制成功,将极大地推动双芯光纤相关应用和研究的发展。