近年來，為提高輸出功率，作為大功率光纖激光器增益介質(zhì)的摻稀土元素光纖多采用雙包層設(shè)計，即纖芯為相應(yīng)激光波長的單模摻雜光纖，內(nèi)包層為折射率較低、尺寸和數(shù)值孔徑與泵源輸出尾纖匹配的石英材料，外包層采用折射率低于內(nèi)包層的石英或聚合物材料。泵浦光耦合入光纖的內(nèi)包層，在雙包層光纖內(nèi)全反射的過程中多次穿過纖芯，使泵浦光被摻雜介質(zhì)吸收，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生激射波長輸出。這種包層泵浦技術(shù)將有效吸收面積擴大了上百倍，大大地提高了泵浦吸收效率。目前，在雙包層光纖的基礎(chǔ)上又推出了一種新型的“M型”光纖，即在預(yù)制棒制備過程中控制稀土元素摻雜濃度的分布，使拉制后的雙包層光纖纖芯折射率成M型分布。理論和實驗表明這種新型光纖具有更高的泵浦吸收效率，采用M型光纖的光纖激光器只需幾米長的摻雜光纖就可將泵浦能量完全吸收，而同等摻雜濃度的普通雙包層光纖則需要十米至五十米。
　　對于圓形內(nèi)包層的雙包層光纖，由于大量螺旋光的存在，纖芯的吸收效率只有10％，因此內(nèi)包層形狀的設(shè)計也是提高泵浦吸收效率的關(guān)鍵。偏心形內(nèi)包層，D形內(nèi)包層，矩形內(nèi)包層，六角形內(nèi)包層先后被采用，實驗證明，不規(guī)則、非對稱性的內(nèi)包層形狀能使泵浦吸收效率得到有效提高。目前在實驗研究中被廣泛采用的還有梅花瓣形內(nèi)包層結(jié)構(gòu)，此外光子晶體光纖在光纖激光器中的應(yīng)用也逐漸成為研究的熱點。
1.2 泵浦結(jié)構(gòu)
　　泵浦結(jié)構(gòu)的設(shè)計是高功率光纖激光器的一項關(guān)鍵技術(shù)。在初始研究階段端面泵浦和側(cè)向泵浦結(jié)構(gòu)被廣泛采用，端面泵浦技術(shù)受包層橫截面積的限制影響泵浦功率進一步提高。而側(cè)向泵浦技術(shù)由于采用透鏡準直聚焦而使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，不利于實用化。
　　近年來人們在高功率光纖激光器泵浦結(jié)構(gòu)方面又有一些新的探索，日本科學(xué)家Hiroshi Sekiguchi 提出“任意形狀激光器”方案，該方案將摻稀土元素光纖盤成圓盤狀或圓柱狀等不同形狀，在光纖縫隙間填充與光纖包層同折射率的材料，泵浦光從邊緣注入，這樣泵浦光的吸收面積比單根雙包層光纖內(nèi)包層的面積大大增加，而且泵浦光多次通過摻雜纖芯，也將使摻雜元素對泵浦光吸收更加充分。這種“任意形狀”的光纖激光器有望實現(xiàn)更高的激光功率輸出。
1.3 諧振腔
　　制備合適的光學(xué)諧振腔是高功率光纖激光器實用化的又一項關(guān)鍵技術(shù)。目前,高功率光纖激光器的諧振腔主要有兩種，一種是采用二色鏡構(gòu)成諧振腔，這種方法一般需要在防震光學(xué)平臺上實現(xiàn)，因而降低了光纖激光器的穩(wěn)定性和可靠性，不利于該產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化與實用化；另一種是采用光纖光柵做諧振腔，光纖光柵是透過紫外誘導(dǎo)在光纖纖芯形成折射率周期性變化的低損耗器件,具有非常好的波長選擇特性。光纖光柵的采用，簡化了激光器的結(jié)構(gòu)窄化了線寬，同時提高了激光器的信噪比和可靠性，進而提高了光束質(zhì)量。另外，采用光纖光柵做諧振腔可以將泵浦源的尾纖與增益光纖有機地熔接為一體，避免了用二色鏡和透鏡組提供激光反饋帶來的損耗，從而降低了光纖激光器的閾值，提高了輸出激光的斜率效率。根據(jù)對輸出激光特性的不同要求可選擇單模光纖光柵和多模光纖光柵作為諧振腔的反射鏡，單模光纖光柵具有單一的反射峰值和很窄的反射半寬，對應(yīng)的激光輸出為單模，光束質(zhì)量高，單色性好，但輸出功率較低；多模光纖光柵是在多模漸變折射率光纖上通過紫外誘導(dǎo)寫入的光纖光柵，能反射多個波長，反射半寬較寬，應(yīng)用多模光纖光柵做腔鏡的光纖激光器輸出光束為多模，可實現(xiàn)高功率的激光輸出，但輸出光光束質(zhì)量較差。