自从20世纪80年代后期以来，由于包层泵浦技术重大的进展，光纤激光器的研究取得了前所未有的突破，并以优异的性能和广泛的应用前景成为国际光电子行业的热门课题。掺镱(Yb³⁺)光纤激光器由于能级结构简单、无激发态吸收、增益谱宽、易于调谐等优点而受到了极大的关注，并广泛应用于光通讯、航空航天、传感、测量以及工业加工等领域。本文从理论和实验两方面对掺Yb³⁺双包层光纤激光器进行了深入的研究。主要内容如下：对掺Yb³⁺双包层光纤激光器的历史、国内外进展和主要应用作了简要综述。依据稀土离子的吸收、发射特性，以及固体激光泵浦原理，从速率方程和传输方程出发，建立掺镱双包层光纤激光器的理论模型，获得了激光器泵浦阈值功率、输出光功率和斜率效率的解析表达式。分析了光纤长度、腔镜反射率、泵浦方式、泵浦波长和激射波长等因素对激光器输出特性的影响，为双包层光纤激光器的优化设计提供了理论依据。建立了端面泵浦掺Yb³⁺双包层光纤激光器的实验系统。对掺Yb³⁺双包层光纤激光器的关键技术进行探索，掌握了将泵浦光高效耦合进双包层光纤的关键技术。使用研磨盘对光纤端面加工获得优良的光学端面，并根据光纤及LD参数，设计透镜耦合系统，LD到双包层光纤的耦合效率达到33％，选用梅花形内包层的掺Yb³⁺双包层光纤，在6.35W泵浦功率下，激光输出功率达到4.75W，斜效率为76.4％。通过降低前腔镜的反射率，调节光纤端面与前腔镜的距离形成Fabry-Perot滤波器，实现了双包层光纤激光器的窄线宽输出。当LD电流为25A时，输出功率达到1.34W，斜效率为25％。