基于双包层掺杂光纤和大功率半导体泵浦的高功率光纤激光器(HPFL)具有转换效率高、光束质量好等优点，是高功率固体激光器件的重要发展方向，也是当今高功率激光技术领域的研究热点之一。本论文采用理论模拟与实验研究相结合的方法，研究高功率掺镱光纤激光器(HP-YDFL)的输出特性和结构方案、及其相应的模拟与优化等理论与技术问题。　　 论文首先概述了HPFL的发展历程、工作原理、结构与特点，并对HPFL发展现状与存在问题进行了述评；根据Yb3+在硅基光纤中的能级结构与跃迁特点，基于速率方程理论建立了双包层掺镱光纤激光器的理论模型。　　 深入分析比较了松弛迭代法和打靶法计算精度与速度等差异，综合应用两种算法数值求解了HP-YDFL理论模型，基于Visual C++6.0可视化集成环境编程计算，自行设计开发了国内首款HPFL仿真软件。利用该仿真软件，对不同泵浦方案下的HP-YDFL特性进行了系统的数值模拟，以此为基础，分析了HP-YDFL输出特性的影响因素，通过比较不同泵浦方案下的泵浦反射再利用效果，提出了以节约泵浦光和掺杂光纤为目的的HP-YDFL泵浦结构与参数的优化设计方案。　　 基于透镜组分立器件的端面泵浦耦合方案，研制了输出功率达23瓦的自由运转HP-YDFL实验系统，实验研究了HP-YDFL的输出特性及其影响因素，结果表明，当双色镜偏离光纤轴向垂直方向时，激光器阂值增大、输出功率降低；增益光纤有效长度也影响激光器阈值和输出功率，当增加掺杂光纤有效长度时，激光振荡波长向长波长方向移动：掺镱光纤在室温下以均匀加宽为主并伴有一定的非均匀加宽效应。实验测量表明泵浦光在正八边形内包层中呈中心略有凹陷的近平顶分布。通过实验与理论结果对比，验证了数值模拟结果的有效性与可靠性。　　 以上研究结果对光纤激光器技术、特别是高功率光纤激光器的研究、设计与研制均具有重要的参考价值。