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高功率脉冲光纤放大器是一种新型激光器，是国际上固体激光领域的研究热点之一，与其他固体激光器相比，高功率脉冲光纤放大器因其单脉冲能量高，光束质量好、转换效率高、散热好等特点，在工业、医疗、科研、军事等领域已展现出极其诱人的应用前景，受到人们的广泛关注。本文将从理论和实验两方面对高功率脉冲掺镱双包层光纤放大器进行研究。
第一章综述了脉冲光纤激光器的发展历史，发展趋势和实现脉冲输出的几种形式，展望了高功率双包层光纤放大器在工业、军事、医疗中的应用前景。
第二章阐述了几种稀土掺杂光纤的特性，重点介绍了掺镱双包层光纤，叙述了双包层光纤的结构原理和设计、双包层光纤的制作方法，对半导体激光器的发展历史，输出特性，光束整形方法进行了总结，对双包层光纤的泵浦方法研究进展进行了综述。
第三章对光纤放大器的基本理论进行了研究。将双包层光纤放大器作为一个简单的二能级系统，得到了粒子数速率方程，泵浦光、信号光及放大的自发辐射传播方程。在处理单模光纤放大器过程中，引入了基模的高斯函数近似。考虑到基本方程中有许多物理量难以直接测量，提出了工程化的模拟方法，其中的小信号吸收系数及饱和光功率参数可以通过小功率单光束传输实验测得。
第四章对大功率双包层光纤超荧光光源(SFS)进行了研究，采用较大内包层尺寸的双包层光纤，以及具有宽带反射谱的双色镜和大功率半导体激光器(LD)，得到较大功率输出，在单程前向(SPF)和单程后向(SPB)装置下分别获得1.46W和1.82W的最大功率超荧光输出，两者的斜率效率分别是23.4％和29.2％。采用特定范围波长双色镜作为前腔镜，构成双程前向装置(DPF)，获得最大功率2.12W的超荧光输出，斜率效率43.2％，输出光谱平坦性较好，弥补了单程实验中超荧光光谱的平坦性较差的缺限，使输出光谱3dB带宽由单程的11nm提高到42nm。宽带超荧光光源可广泛应用于光纤陀螺和光学层析照相中。
第五章对掺镱双包层光纤放大器(YDCFA)的瞬态增益特性进行了研究，建立了小信号瞬态增益模型，对低频脉冲信号经过YDCFA放大后的波形进行了数值模拟，发现低频脉冲经过YDCFA后，存在明显的瞬态增益现象，分析了瞬态增益饱和和恢复特性。在实验中对种子源主振荡放大的的YDCFA的低频和高频信号放大特性进行了对比。理论分析和实验结果符合的较好。
第六章对高功率掺镱双包层光纤放大器进行了研究。对系统装置进行了优化，重点分析了种子光源的耦合技术，种子光的隔离技术，空间滤波技术，放大的自发辐射的抑制，泵浦的耦合技术，光纤端面的处理，光纤参数的选择及纤芯的激光损伤等问题，采用主振荡-放大方案和国产掺镱双包层光纤，获得平均功率最高133.8瓦的脉冲放大输出，重复频率在20kHz～100kHz可调，60kHz时，典型的脉冲宽度为30ns。经中科院上海科技查新咨询技术中心水平检索，该研究获得单级振荡-放大脉冲光纤激光最高功率输出，达到国际先进水平。