掺Yb3+双包层光纤激光器(Ytterbium-doped Double-clad Fiber Laser)以光纤包层作为泵浦光波导，耦合效率高，易形成高功率密度，散热效果好，无需庞大的制冷系统，具有高效率，低阈值，光束质量好，无需维护等优点。与传统的固体激光器相比，光纤激光器体积小，寿命长，易于系统集成，在高温高压，高震动，高冲击的恶劣环境中皆可正常运转。近年来，掺Yb3+光纤激光器的输出功率得到很大提高，并己经在材料处理、医疗、指示、激光测距等领域获得重要应用，因此一直以来都是国内外的重要研究方向。　　 本论文详细介绍了光纤激光器的特点和发展历史，阐述了双包层光纤的结构原理、制作工艺、并对多种泵浦方式进行了总结，评述了光纤激光器的研究现状和成果，并详细列举了光纤激光器在工业、医学等方面的具体应用。以Yb3+的光谱、能带结构为基础探讨了光纤激光器的基本工作原理，介绍了传输方程的详细推导过程，并对输出特性、吸收特性、波长特性、功率特性等进行了分析。在此基础上结合我们课题组的优势，对光纤激光器及其耦合系统进行了实验研究，主要研究工作和研究成果如下：　　 1、采用905nm泵浦源双端泵浦17m的掺Yb3+双包层光纤，分别采用正向泵浦、反向泵浦和双向对称泵浦的方式，结合我们实验装置的参数进行了详细理论计算和分析，通过实验，在入纤功率为14.48w时分别得到了6.005w、6.005w和6.010w的单模激光输出，斜率效率为44％，光光转换效率42％，峰值波长1090nm。在双向泵浦入纤总功率28.96w时，得到了12.92w的单模激光输出。分析和讨论了产生误差的原因并提出了改进方法。　　 2、通过905nm泵浦源双端泵浦17m的掺Yb3+双包层光纤，利用Fabry-Perot滤波器实现了4.26w的窄线宽单模激光输出，峰值波长位于1088.5nm和1901.5nm，线宽小于0.5nm。　　 3、国内首次采用905nm、975nm双波长泵浦源双端泵浦12m的掺Yb3+双包层光纤，结合我们实验装置的参数进行了详细理论计算和分析，在驱动电流为40A时，光纤激光器输出为9.992w，斜率效率为47.0％，光光转换效率为44.4％。在最大电流下，由于热效应导致975nm泵浦源光谱偏离了Yb3+的吸收峰，转换效率有所下降，光纤激光器输出为15.06w，斜率效率为44.2％，光光转换效率为43.2％。分析和讨论了产生误差的原因并提出了改进方法。　　 4、国内首次设计并实现了平行粘合耦合的侧面耦合方式。这种方式的理论耦合效率达到87％以上。由于耦合面积大，耦合功率密度低，该技术很好的解决了由于折射率匹配胶耐热性所导致的功率限制，成为一种适用于高功率激光二极管通过折射率匹配胶直接泵浦双包层光纤的独特方法。我们对该技术进行了详细的说明，对使用该技术所进行的掺Yb3+光纤实验进行了描述，获得了43％的耦合效率，并对实验过程中的具体问题进行了讨论。　　 5、国内首次设计并实现了微棱镜反射式侧面耦合方式。理论计算表明其耦合效率可以达到90％以上。它对光源的光束质量要求较低，一般的大功率半导体激光器经过光束整形都能满足要求。通过实验当泵浦功率为25.3w时，在双包层光纤输出端得到了12.9w的出光功率，耦合效率超过了50％，文中对该结构的适用情况进行了讨论。　　 6、国内首次设计并实现了梯形微棱镜侧面耦合方式。该方式理论上具有高达90％的耦合效率。它对泵源光束质量要求很低，发散角在30°以内的光束都可以高效耦合，普通激光二极管列阵经光束压缩后都能满足需要。实验中在输入功率为25.2w时得到了14.2w的输出功率，耦合效率达到56％，文中讨论了该耦合方式的适用情况，并分析了耦合效率高于微棱镜反射式侧面耦合技术的原因。