近年来,随着双包层光纤激光器单纤激光输出功率值不断提升,光纤的热负担日益增加,光纤的热效应成为激光器向更高功率发展的瓶颈之一。本文对光纤激光器的光纤发热现象的理论因素进行仿真分析,并搭建实验系统进行验证。通过激光器参数设计、系统优化和热处理方式改良等手段实现高功率的激光稳定输出。分析了光纤激光器有源光纤热效应的影响因素,通过数值仿真模拟了在泵浦方式、泵浦波长和带宽、光纤参数等方面结构不同的激光器的有源光纤发热情况,通过搭建对应的不同结构的激光器,验证了仿真结果。双端均匀泵浦结构优于单端泵浦结构。使用915nm泵浦的激光器发热更加均匀且不受泵浦带宽影响,但在输出功率相同的情况下,由于发热总量高于976nm泵浦激光器,其对散热的要求更高。增加纤芯直径能够降低纤芯温度,但过大的纤芯直径会导致光束质量劣化和光谱展宽现象的加剧。通过对光纤激光器结构进行优化,有源光纤温升得到控制,温度分布更加均匀,激光器得以输出更高功率。无源光纤发热来源可以分为熔接、封装、涂覆层切口三个方面,建立了光纤发热模型和形变对信号光影响模型。仿真和实验结果表明光纤熔接和封装应力导致的光纤形变会造成光纤发热和信号光光束质量总体劣化。激光器输出100W信号光时,相同条件下,使用硬质胶水封装的剥离器最高存在12℃的温度上升,而使用硅橡胶封装的剥离器温升为5℃。光纤受到应力作用时,在特定方向上的M~2值由1.23变为1.62,信号光光束质量急剧变差。因此封装时应采用本身固化收缩情况不明显,且能有效隔绝外界应力的固定剂,实验中涂覆硅橡胶导致的M~2值增长及其受力后M~2值变化都在0.05以内。光纤涂覆层切口的粗糙程度越高,光纤温升越高,使用分段腐蚀的方法,可以对包层光剥离器的大量散射回光进行剥除,使得剥离器前端的涂覆层切口发热情况得到很好的改善。改良无源光纤处理方式可以抑制无源光纤发热和信号光光束质量劣化,激光器输出更加稳定。实验研究了全液态直接冷却、铜质跑道光纤盘冷却两种激光器散热方法。使用全液态冷却的强冷却效果可以使LMA-YDF-20/400-M光纤承受近3kW的输出光而不因纤芯烧熔而损毁,在输出2820W激光时光纤表面温度为35℃,使用胶水抽真空、更换铜材质热沉材料、光纤盘直接水冷等措施改良常规热处理方式,使用LMA-YDF-25/400作为增益光纤的激光器最终输出3237W激光时温度为37.46℃。