用眼安全波段的2mm激光源在大气传输、遥感、激光雷达和医疗等方面有重要的应用前景。包层泵浦掺铥光纤激光器由于相对于传统固体激光器的诸多优点例如热免疫、高效率、卓越的光束质量和灵活的运行波长而得到了迅速发展。本论文主要从理论和实验两个方面对双包层掺铥光纤激光器的光谱和时域特性进行研究。还进行了光纤体块混合激光技术的研究。理论上，分析了Tm3+能级结构和光谱特性，讨论了光纤内的光传输特性，并对相应的材料特性作了分析。基于速率方程和能量传输方程研究了掺铥光纤激光器的动态特性，数值模拟了光纤激光的建立过程。基于热分布方程，研究了光纤内的热特性，并从理论上给出了我们使用光纤的极限功率。实验上，主要研究了掺铥光纤激光器的光谱控制技术和时域控制技术。为了克服光纤激光器最大脉冲输出能量受限的缺点，我们对基于光纤体块混合技术的掺铥光纤激光共振泵浦Ho:YAG激光进行了研究。在对掺铥光纤激光器的光谱控制研究方面，我们建立了基于衍射光栅的单振荡级实验装置和基于MOPA结构的放大器试验装置，分别得到了>62W和>100W的宽调谐(>200nm)窄线宽(<1nm)激光输出，并与自由运行的腔装置做了比较。在对掺铥光纤激光器的时域控制研究方面，我们利用SESAM作为锁模元件，在LMA光纤(大模面积光纤)中实现了稳定的锁模激光输出，获得了脉冲宽度150ps，重频35MHZ的稳定运行，脉冲能量11nJ。最后，利用光纤体块混合技术，我们以掺铥光纤激光器做为泵浦源，Ho:YAG作为增益介质，获得了波长2124nm处最大18.4W的连续激光输出，斜率效率~60%。