双包层(double-clad，DC)光纤结构中，纤芯被直径更大的多模(multimode)内包层包裹，泵浦光通过内包层传送，泵浦源可以使用功率较高相对成本较低的多模泵浦源。双包层光纤的出现，光纤激光器和光纤放大器可以产生更高的平均功率和脉冲能量。

双包层光纤的结构与内包层设计

一种典型的双包层光纤的结构，如上图所示，双包层光纤由四层构成，分别为光纤芯、内包层、外包层和保护层，纤芯是由掺稀土元素的 SiO2 构成，它作为激光的传输通道，对相关波长应设计成单模，以保证输出激光是基横模。包层由横向尺寸和数值孔径比纤芯大的多、折射率比纤芯小的 SiO2 构成，它是泵浦光传输通道，对泵浦光是多模的。

一般内包层可以做成各种形状，有圆形的、方形的、矩形的，泵浦光在不同形状的内包层中传输时，纤芯对泵浦光的吸收率不同。外包层是由折射率比内包层小的聚合物材料构成，这样在内包层和外包层之间形成了一个大截面、大数值孔径的光波导，它可以允许大数值孔径、大截面和多模的高功率泵光耦合到光纤中。最外层是硬塑料，用来保护光纤。双包层光纤与传统的单模光纤的区别在于:通过光纤结构设计和选择合适的材双包层铒镱共掺光纤放大器的研究料，紧靠纤芯的内包层折射率高于外包层折射率，从而在单模纤芯外面形成允许在其中传输高功率多模泵浦光的内包层。当泵浦光沿内包层纵向传播时，将多次穿越纤芯，从而激发稀土离子产生激光效应。由于允许包层中泵浦光多模传输，所以对泵浦源的要求大大降低，可以选择相对便宜的多模激光二极管进行泵浦，同时由于内包层具有较大横截面积和数值孔径，所以大大提高了入纤泵浦功率和耦合效率。

内包层形状对光纤的泵浦效率有着重要影响。由于内包层是泵浦光的多模波导，泵浦光必须多次穿过纤芯才能被稀土离子吸收。内包层的形状影响着泵浦光的吸收从而影响着泵浦耦合效率。

大多数双包层光纤都是圆对称形的，它有以下优点:一是不需要对预制棒做光学机械加工使工艺更加简单，二是当泵浦源为带尾纤的 LD，圆形石英包层之间的尺寸匹配易于耦合连接。但是也有一个的缺点:圆对称特性会使内包层中大量的泵浦光成为螺旋光，只有子午光线与纤芯相交，而偏射光线由于波导结构的对成性，呈螺旋型传导，从不穿过纤芯，所以泵浦效果很低。在传输的过程中不经过掺 Yb3+的纤芯，从而大大降低了纤芯对泵浦光的利用效率。

为了克服这个缺陷，需要开发新型的内包层截面。在各种改进的泵浦方案中，有的采用双包层光纤直接与半导体激光器的发光面或阵列耦合，有的与集成束状的尾纤耦合，因此也需要研制具有特殊形状内包层的双包层光纤。为了提高对泵光的利用效率，并考虑到与具体的泵源形式相匹配，近几年来人们开发出了多种内包层截面形状的双包层光纤，用于各种包层泵浦光纤激光器的研制工作中，取得了很好的效果。

泵浦光在这些有不同形状内包层的双包层光纤中传输时，纤芯中的稀土元素对泵光吸收率有很大不同。一般认为，矩形双包层光纤具有较大的吸收率，理论上可达到 100%的吸收。圆形的双包层光纤，光纤的曲率对吸收率的影响非常大，而对矩形双包层光纤，光纤的曲率对吸收率的影响非常小。还有内包层尺寸对泵浦光耦合效率的影响，激光吸收效率的影响。

内包层的设计主要集中在 3 点:包层形状、几何尺寸和数值孔径。为了提高泵浦效率，包层形状设计时应考虑光纤的用途及泵浦条件，小芯径光纤的设计还应考虑泵浦光耦合、连接损耗等问题，同时应避免包层形状中出现尖锐的曲线，避免降低光纤的强度。对于一定的泵浦光，增大内包层几何尺寸和数值孔径有利于其耦合和传输，特别是增大数值孔径，内包层可传输泵浦功率将以平方增长。但是，无论内包层形状如何设计，增加其横截面积，也就是减小纤芯和内包层的面积比终究会减少对泵浦光的吸收，降低泵浦效率，同时，对光纤的泵浦波段 ASE噪声产生很大影响。