自二十一世纪以来,高功率光纤激光器凭借着各种技术优势掀起了一场激光技术变革,逐步取代传统激光器,成为激光市场的主流技术路线。然而,高功率光纤激光器发展步伐在近几年逐步停滞下来,这主要受限于高的功率密度与较长的光纤使用长度所引起的非线性效应、热效应诱导的模式不稳定、光纤材料本身固有的光子暗化效应。针对上述问题,本论文对高功率光纤激光器的核心器件—传统20/400μm掺镱（Yb）双包层有源光纤,进行了详细综合性能表征。研究发现,对于20/400μm光纤,在光纤尺寸限制下很难实现3k W以上激光输出;在数值孔径（NA）限定下,很难获得高Yb离子掺杂浓度以及高的受激拉曼散射效应阈值;在聚合物包层限制下,很难实现极好功率稳定性。为了克服上述难题,研制了三种Yb掺杂新型多包层有源光纤—30/600μm双包层有源光纤、肩膀型有源光纤、三包层有源光纤。本论文的主要工作及创新点如下:（1）为抑制光子暗化效应,选择铝磷硅（APS）三元体系作为基体材料,设计并研制了30/600μm Yb-APS双包层有源光纤。该光纤具有较低纤芯NA和折射率分布剖面无中间凹陷产生的特点,能实现更多泵浦能量的注入,有效提高了光纤非线性阈值。利用该光纤在1064.4nm处实现了5.19k W激光输出,斜率效率为85.2%,无受激拉曼散射效应产生。在5.16k W持续工作10小时,输出功率稳定,表明此类光纤具有极好的功率稳定性与抗光子暗化特性。因此,30/600μm Yb-APS光纤非常适用于发展5k W级工业用光纤激光器。（2）为实现高Yb离子掺杂浓度,设计并研制了镱/铈（Yb/Ce）共掺肩膀型有源光纤。锗硅（Ge O2-Si O2）肩膀层引入使得Yb离子掺杂浓度高达4450ppm,并且纤芯的有效NA控制在～0.08。理论计算结果表明,纤芯区域可实现5个LP模式传输,如果将纤芯相对于肩膀层的有效NA降低到0.054,并且弯曲直径设定为46.8mm的情况下,肩膀型有源光纤能实现单模激光输出。该光纤在915nm处的泵浦吸收为3.66d B/m,是商用Nufern-20/400-9M Yb/Ce共掺铝硅（AS）光纤相应吸收系数的6倍。对光纤进行激光系统集成考核,发现熔接点处发热严重但光纤本身没有明显热点,这表明螯合物稀土离子掺杂技术能非常有效地实现均匀的高浓度稀土离子掺杂。（3）设计并研制了Yb-APS三包层有源光纤,解决了双包层有源光纤低折射率聚合物包层耐热能力差、抗光击打能力弱的缺点。对光纤进行特殊的组分设计,即纤芯区域P5+/Al3+摩尔比设为1.08:1以弥补P的挥发,而纤芯外区域设定P5+/Al3+摩尔比为0.92:1来获得平坦的折射率分布。在光纤制备过程中使用两步骤沉积过程,一次塌缩技术,低温多步沉积以及合适流量的POCl3,有效抑制了元素挥发。基于主振荡功率放大（MOPA）结构,仅用7m长光纤,在1079.6nm处实现了1.39k W近衍射极限激光输出,斜率效率高达85.2%,光束质量因子M2为1.36,输出光谱无非线性相关峰且3d B线宽为0.33nm。最大激光输出功率下系统持续运行1小时,激光功率波动小于0.21%。实验结果表明,Yb-APS三包层光纤非常适用于发展高功率光纤激光器。