大功率双包层掺杂光纤激光器在光纤通信、传感、工业加工,尤其是国防和军事等领域获得了日益广泛的重视与应用，对其进一步的研究和完善成为当前国际激光技术领域研究的热点。本论文针对大功率双包层掺杂光纤激光器制作中的几个关键单元技术：大功率半导体激光器泵浦源的光束整形，侧向泵浦耦合的方法以及光纤激光器系统的全局优化设计进行了深入的理论与实验研究，获得的主要创新成果如下： 1.建立了激光二极管线阵的非序列光学模型，并在此基础上设计和制作了一种结合了激光二极管线阵的快轴准直和慢轴准直功能的快慢轴同时准直器，该准直器通过在D型光纤的侧面上刻蚀一排弧形阵列制作而成，有效解决了分离准直的光学元件间调整校对困难的问题。 2.提出了一种利用直径渐变型石英锥形体直接对激光二极管线阵(仅快轴准直过)进行聚焦整形的方案。这种锥形体是由光纤拉丝塔将纯度很高的石英预制棒直接拉丝而制成，可将激光二极管线阵的输出光束由10mm×1.1mm压缩至200um×200um，最高输出效率可达68％。 3.提出并实际制作了两种具有不同输出截面形状(菱形和六边形)的SiO2锥形棒。这种直径渐变的SiO2锥形棒的表面是规则性倾斜并弯曲变化的，所以能够对光束进行变形聚焦整形，使激光二极管线阵的快慢轴光束相互耦合，在压缩光斑尺寸的同时实现快慢轴亮度的再分配和光强的均匀分布。 4.深入研究了用于侧向泵浦耦合的亚波长光栅耦合器。在引入双凹槽二元金属光栅耦合器和双凹槽，双槽深二元介质光栅耦合器用于侧向泵浦耦合的同时，提出了多层金属光栅耦合器，介质-金属-介质混合光栅耦合器以及非对称双光栅耦合器，有效的解决了在利用亚波长衍射光栅进行侧向泵浦耦合时存在的偏振依赖，耐热性差，制作精度要求高，容差小，制作困难等问题。 5.提出利用遗传算法对大功率双包层掺杂光纤激光器系统进行全局优化设计。利用自行编制的微型遗传算法对掺Yb3+双包层光纤激光器的各个参量进行优化和研究，并引入小生境遗传算法对Nd3+-Yb3+共掺的多离子掺杂双包层光纤激光器系统进行全局优化与参数设计，指出将输入的泵浦光总功率在离子之间均等分配并不是一个最佳的选择，并且输出镜面反射率Rout随着泵浦功率Pp的增大应该逐渐变小，此外，也对光纤长度与稀土离子的掺杂浓度之间的相互影响关系进行了详细的分析。