高功率光纤激光器是集结了激光二极管光纤模块及其泵浦技术、双包层光纤制作技术及光纤光栅技术于一身的新型激光器技术,在通信、工业加工、军事、激光印刷、医疗等领域有着广泛的应用前景。近年来,双包层光纤激光器已成为国际激光界的一个研究热点。 本文概述了光纤激光器的发展历史、研究现状及发展方向,结合Yb³⁺离子的吸收及发射特性,建立了高功率掺Yb³⁺双包层光纤激光器（DCFL）的稳态速率方程模型,并数值模拟了泵浦吸收系数、泵浦方式、腔镜反射率和信号光损耗对DCFL输出特性的影响。分析结果表明:增加后腔镜泵浦反射率可以提高斜率效率;泵浦吸收系数对输出功率和光纤最佳长度有显著影响;而泵浦方式决定了腔内的功率密度和增益分布,采用多点泵浦可以使泵浦光在光纤中的分布更加平坦、均匀放大信号光,适用于超高功率光纤激光器件。 针对高功率激光器中泵浦光沉积所导致的热效应问题,由热传导方程分别得到DCFL内部温度的数值和解析解,并模拟分析了泵浦吸收系数、泵浦方式、光纤损耗系数、对流换热系数及内包层半径对激光器热效应的影响。结果表明:腔内温度沿径向变化很小,而沿轴向变化很大,在实际中可只考虑纤芯中心温度沿光纤轴向的分布;降低泵浦吸收系数可以明显改善DCFL的温度效应,但会引起输出功率的大幅度下降;两端泵浦时,随着后向泵浦功率的增加,腔内最高温度会出现最小值;增加内包层半径以及采取不同程度的制冷措施（风冷和水冷）可以降低DCFL的工作温度。 在分析研究高功率激光系统必须考虑的两个重要因素:输出特性和温度效应的基础上,通过优化增益光纤的分段数目、段长及各段上的泵浦功率,提出综合采用不均匀泵浦吸收系数和分段泵浦的方法,实现了输出功率与工作温度的最佳匹配,为高功率掺Yb³⁺ DCFL的优化设计提供了理论参考。