随着包层泵浦技术以及大功率多模半导体激光器工艺的快速发展与完善,光纤激光器及光纤放大器获得了前所未有的发展。近年来,2μm激光光源在军事、医学、工业等领域显示出越来越广泛的应用前景。本文从理论和实验两个方面对2μm双包层掺Tm3+光纤激光器及放大器进行了研究。理论上,分析了Tm3+在氟化物、石英两种光纤基质中的光谱特性。从光纤激光器的速率方程和传输方程出发,结合交叉弛豫过程,数值模拟了后腔镜反射率,光纤掺杂浓度以及光纤长度等参数对光纤激光器输出特性的影响,分析了光纤掺杂浓度,光纤传输本征损耗等因素与激光器输出波长的关系。根据双包层掺Tm3+光纤放大器简化的稳态理论模型,通过数值模拟,分析了正向泵浦和反向泵浦两种方式下,光纤长度、光纤掺杂浓度、泵浦功率对放大器输出特性的影响以及最佳光纤长度与泵浦功率之间的关系。实验上,进行了LD包层泵浦掺Tm3+光纤激光器的实验,获得了11.7W的2μm连续激光输出,斜率效率达到53.8%。采用主振荡功率放大技术开展了掺Tm3+光纤放大器对信号光1988nm和2050nm放大实验。在1988nm波长处,实现3W的连续放大输出,增益10dB;比较了不同长度光纤对脉冲1988nm种子信号光的放大效果,2.9m光纤放大效果最佳;在2050nm波长处,重复频率在10kHz时,获得平均功率最高2.88W,脉冲宽度80ns,峰值功率3.6kW的脉冲放大输出。最后,采用耦合波理论对单模均匀分布光纤光栅和多模光纤光栅进行了定性分析。对于以光纤光栅作为腔镜的掺Tm3+光纤激光器进行了初步的实验研究,获得了2.73W的窄线宽连续激光输出,激光器斜率效率达35.9%。