近年来，光纤激光器以其优良的性能、诱人的价格成为众人关注的焦点。早在1961年就有科学家开始了光纤激光器的研究工作，但受到当时条件的限制，其进展缓慢。早期的光纤激光器是将泵浦光直接耦合进直径小于10μm的单模光纤芯，耦合效率低，导致光纤激光器的输出功率较低，一般输出毫瓦量级。然而，对于大多数应用领域，我们更需要瓦级的光功率输出。直到1988年双包层光纤的发明才为瓦级甚至更高功率单模光纤激光器的实现提供了坚实的基础。九十年代后期随着大功率半导体激光器及其掺杂光纤制作技术的日益成熟，光纤激光器的研究也取得了重大进展。输出功率从1994年的500mw提高到2002年的2000W。光纤激光器其泵浦源采用技术成熟的半导体激光器，但由于输出光束过大很难耦合进单模光纤，双包层光纤的研制恰好解决了这一难题，使高功率光纤激光器成为可能。双包层光纤由纤芯、内包层、外包层和保护层组成，纤芯是掺杂稀土元素单模光波导，内包层是横向尺寸和数值孔径比纤芯大得多、折射率比纤芯小的多模光波导，外包层是折射率比内包层小的聚合物，最外层是由硬塑料等材料构成的保护层。双包层光纤与普通光纤的区别在于泵浦光耦合进入内包层而并非纤芯，泵浦光在内包层中传播，反复穿越纤芯被掺杂介质吸收，将高功率、低亮度、廉价的多模LD光通过泵浦双包层光纤结构，实现高亮度、衍射受限的单模激光输出，大大提高了耦合及转换效率，增加了输出激光功率。高功率光纤激光器将半导体激光器泵浦技术和双包层光纤掺杂制造技术有机结合，吸收两者优势，它以散热性能好、转换效率高、激光阈值低、可调谐范围宽、光束质量好、免维护等显著优势，受到各国科技工作者的重视。我们围绕双包层光纤这一全新概念，系统、全面地开展了有关大功率掺镱双包层光纤激光器的研究，探讨了其理论和潜在应用，并获得了一些有创新意义的结果，本论文的主要内容如下：1．总结了稀土掺杂光纤激光器的基本结构和特点，介绍了其发展历史及最新进展情况，特别是高功率双包层光纤激光器，概述了其发展的重要意<WP=84>义并简要介绍了我们所做的一些主要工作。2．讨论了镱Yb3+离子的吸收光谱特性，概述双包层光纤的发展和结构，分析了掺镱Yb3+离子双包层光纤的特性。3．分析了掺镱双包层光纤激光器的特性，介绍了双包层光纤激光器的谐振腔设计，主要讨论了基于光纤光栅的大功率掺镱双包层光纤激光器。4．通过理论分析，采用数值分析方法模拟了光纤激光器输入及输出特性，分析了各参量之间的关系，并针对实验条件设计了泵浦源大功率LD的温度控制系统。5．设计了端泵浦光纤激光器的实验装置及测试方法，采用透镜耦合的方法实现了连续输出的高功率镱Yb3+掺杂双包层光纤激光器。并设计了全光纤化结构的高功率光纤激光器结构，实验测试分析得到了国内目前最好的实验结果。实现了10.8W连续输出的高功率光纤激光器，输出中心波长为1100.5nm，峰值半宽为0.5nm，光纤激光器的斜效率为59％，光-光转换效率约为58％，总的电光效率约为18.7％。光纤输出模式为TEM00。6．介绍了脉冲双包层光纤激光器的发展和对其主要实现方式进行了讨论，并对三种方式进行了比较。7.总结了几种新型高功率光纤激光器的发展情况，并提出高功率光纤激光器的未来发展方向。由于目前半导体激光器泵浦源和光纤内包层数值孔径的限制，光纤激光器的输出功率受到了极大的影响。但是，随着大功率半导体激光器耦合进双包层光纤功率的提高，我们将得到更高功率、更好光束质量的光纤激光器。在不久的将来，双包层光纤激光器技术将在包括通信、工业在内的领域中发挥巨大的作用。特别是掺镱大功率光纤激光器会有更大的市场（例如工业切割和焊接），其发展必将取代CO2激光器和YAG激光器。