稀土掺杂双包层光纤激光器是光电子技术研究领域的重大前沿课题。采用双包层光纤和包层泵浦技术可大大提高光纤激光器的转换效率和输出功率,并能有效抑制各种非线性效应,已成为发展高功率激光器的重要途径之一。由于Yb³⁺离子能级结构简单,不存在激发态吸收和浓度淬灭效应,具有很高的量子效率和光光转换效率,掺Yb³⁺双包层光纤激光器是目前最受重视的一种双包层光纤激光器。由于采用反射光栅调谐激光波长技术已成功应用于其他激光器,预期商品化的波长可调谐双包层光纤激光器将很快在国际市场上出现。研究开发波长可调谐高功率掺Yb³⁺双包层光纤激光器,具有重大的社会和经济意义。作为福建省科技重点研究项目“可调谐高功率Yb³⁺双包层光纤激光器”研究成员,本人参与对掺双包层光纤激光器理论和实验的深入研究,设计研发高功率可调谐掺Yb³⁺双包层光纤激光器样机一台。本学位论文主要内容如下:回顾了双包层光纤激光器的发展背景,对国内外相关课题的研究进展、发展趋势及其主要应用作了系统综述。从双包层光纤结构、掺杂元素离子能级分布和光谱特性、双包层光纤激光器泵浦耦合方式等方面介绍了双包层光纤激光器研究的理论基础。从稳态条件的速率方程出发,建立后向泵浦掺Yb³⁺双包层光纤激光器理论模型,采用Newton-Raphson算法进行数值模拟,分析腔镜反射率、光纤长度、散射损耗、激射波长等参数对激光器输出特性的影响,为掺Yb³⁺双包层光纤激光器的优化设计提供了理论依据。选用优化参数设计、建立后向泵浦掺Yb³⁺双包层光纤激光器实验系统,对其关键技术和输出特性进行研究。采用975nm大功率LD后向泵浦约14m长的掺Yb³⁺双包层光纤,获得斜效率为82%的连续激光输出,1088nm处输出功率达85.1W。采用闪耀光栅构成后向Littrow腔对掺Yb³⁺双包层光纤激光器可调谐特性进行实验研究,实现1041～1121nm波长可调谐单模激光输出,调谐范围达80nm,并在1089nm处获得30.1W功率输出。输出激光光束质量参数M²_x.y=1.23,1.20,接近衍射极限。设计加工高功率可调谐掺Yb³⁺双包层光纤激光器样机一台,其器件性能指标达到国内领先水平。对于进一步开展双包层光纤激光器的研究及其开发应用创造了良好的条件。