高功率双包层光纤激光器是集激光二极管泵浦源技术、耦合技术、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系统,在激光领域内引起了学者们的广泛关注。本论文在课题组已有研究的基础上,围绕高功率掺镱双包层光纤激光器展开了更深入的理论和实验研究,具体内容如下:一、讨论了镱离子能级结构及拉曼效应的产生机理,在速率方程的基础上,分析了高功率掺镱双包层光纤激光器的受激拉曼散射理论;借鉴已有的程序算法并根据拉曼散射理论建立了相应的数学模型,研究了一些求解多边界条件、多方程的微分方程组的新思路、新方法。主要包括:在带边值问题的较多个微分方程数值求解过程中,结合使用两种反馈方法,使不同的因变量先后收敛,稳定地得出结果;根据方程的特点采用了微分方程沿光纤反向积分的方法,缩短了计算时间;微分方程积分时溢出的处理使得计算时能有效地进行反馈迭代求解。二、通过前面建立的数学模型,模拟了高功率掺镱双包层光纤激光器存在拉曼效应时的输出特性,分析了光纤纤芯直径、长度、掺杂浓度以及信号激光波长对减小拉曼效应的作用,讨论了不同泵浦方式(单端泵浦、双端泵浦)下存在拉曼效应时光纤激光器的受激拉曼散射阈值泵浦功率和功率输出特性,特别是重点研究了腔镜反射率改变时拉曼效应的变化。得出的结论为优化高功率掺镱双包层光纤激光器结构,减小受激拉曼散射的影响提供了理论依据。三、首次讨论了空间多点泵浦条件下高功率光纤激光器存在拉曼效应时的功率输出特性以及沿光纤的功率分布。对空间多点泵浦模型中如何优化泵浦方式、合理设置泵浦点功率有一定的指导意义。四、利用编写的软件,对将要构建的光纤激光器实验系统特性进行了理论模拟,分析了光纤最佳长度、后腔镜反射率等关键参数对激光器系统的影响,研究了激光腔内沿光纤的功率分布,并对现有增益光纤的斜率效率、阈值、拉曼特性等进行了仿真分析,为光纤激光器实验系统的前期优化进行了理论准备。五、根据混合模的类高斯分布理论,研究了高功率光纤激光器透镜耦合系统原理,对高功率双包层光纤激光器端面泵浦透镜耦合系统进行了理论设计和分析,并提出了减小耦合系统中衍射损耗的一些新建议;设计加工了准直保护头,并已成功运用于保护LD尾纤和耦合系统;完成了实验耦合系统的设计加工与分析,并在实验结果的基础上提出了耦合系统优化的建议。对选用不同参数所构建的几套耦合系统进行了详细地实验研究,结果证明,耦合系统设计思路切实可行,自行设计加工的准直保护头和耦合系统具有良好的实验效果,保证了下步实验的顺利展开。六、测量了泵浦半导体激光器(LD)、双色片的性能参数,详细地给出了光纤激光器实验系统各器件的工作原理和特性;采用自行设计的耦合系统展开了双包层光纤激光器实验,系统地给出了前端正向泵浦线性腔双包层光纤激光器的实验输出特性以及实验过程,并换用不同腔镜和不同长度光纤进行了一系列实验,研究了泵浦源参数、腔镜反射率、光纤长度等对光纤激光器特性的影响,得出了一些有用的结论,积累了实验经验。最后,运用相关原理对实验中发现的问题和现象进行了深入地讨论,并提出了改进实验的建议。基于自行设计加工的透镜耦合系统,采用烽火通信提供的D形双包层掺镱光纤搭建了光纤激光器实验系统,当入纤泵浦功率3.7W时,获得了1.6W稳定的多纵模连续激光输出。