光纤通信网络、自由空间激光通信、激光雷达、医疗、科研、军工等领域，对高功率 1.5μm 波段光纤放大器和激光器的需求不断增加。传统掺铒光纤放大器(EDFA)，虽然工作在这个波段，但受到纤芯直径小和掺杂离子浓度低的限制，单个 EDFA 的输出功率较低。Er/Yb 共掺技术和双包层泵浦技术的出现，为高功率输出提供了可能。 Er/Yb 共掺双包层光纤也已经出现，并得到了广泛研究。可以说，这种光纤出现的推动力，就是对更高功率的需求。很有必要对这种光纤放大器所能达到的功率水平、连续光和脉冲光放大时的典型特点:斜率效率、噪声指数、增益曲线、ASE 功率分布、功率转化效率等进行分析，考察其功率进一步提升的限制因素，为更好地进行以其为基础的高功率光纤放大器的设计提供理论基础。

Er/Yb 共掺双包层光纤，由纤芯、内包层、外包层构成，其折射率从内到外是依次减小的。纤芯直径与单模光纤直径相吻合，信号光在纤芯中传输，保证其单模传输。掺杂离子在纤芯中，通常 Yb 离子的掺杂浓度要高于 Er 离子，形成一个 Er 离子周围被若干个 Yb 离子所包围的局面，从而阻断了在 Er 离子浓度提高时，Er 离子互相过于靠近而形成离子对的情况，允许 Er 离子掺杂浓度可以远远大于普通 EDFA 的掺杂浓度，这就意味着光纤储能的增大和输出功率的增大。内包层直径通常在 100μm-200μm 之间，为20泵浦光传输波导层，这是双包层光纤区别于普通光纤的典型特点:泵浦光进入横截面积是纤芯几十到几百倍的内包层中，允许采用大功率，多模泵浦光，且增加了泵浦光耦合效率、降低了耦合损耗和耦合难度。泵浦光进入内包层后，在外包层和内包层的边界处产生全内反射，可以往返不断地经过纤芯，激活纤芯掺杂离子，形成粒子数反转，对纤芯中经过的信号光产生受激放大。理论和实际都证明，内包层形状如果仍采用传统光纤中的圆形，会产生很多围绕着光纤轴向传输的弧形光，导致大量泵浦光无法经过纤芯而浪费掉，当今的双包层光纤，内包层通常做成 D 形或者六边形，可以保证泵浦光充分通过纤芯，有利于纤芯掺杂离子对其进行有效地吸收利用。

Er/Yb 共掺系统中的能级结构包括了 Er 离子和 Yb 离子两个能级系统，Yb 离子为简单的二能级结构，在 Er/Yb 共掺系统中，因为一个 Er 离子周围被若干个 Yb 离子所包围，所以 Er 离子直接吸收泵浦光被激活的几率很小，主要吸收泵浦光能量的是 Yb 离子，且 Yb 离子作为主要能量吸收离子，吸收谱线非常宽(800nm-1100nm)，在主要的几个泵浦激光器工作波长:915nm 和980nm 处都有很高的吸收峰，这使得对泵浦激光器的谱宽要求大大降低，可以采用已经商用的、成本较低的多模大功率泵浦激光器模块，满足高功率信号光输出要求。Yb 离子在泵浦光作用下产生受激吸收，而跃迁到上能级2F5/2，Yb 离子在这个能级的寿命为 1.5ms，接下来通过敏化作用，处于上能级的 Yb 离子将能量传递给基态(4I15/2)Er 离子，使其产生受激吸收而跃迁至高能态4I11/2，Er 离子在这个能级的寿命非常短，仅为 1ns，所以迅速通过无辐射跃迁到亚稳态4I13/2，Er离子在亚稳态的寿命很长，为 10ms，可以形成足够的粒子数反转，当信号光通过时，即可产生受激辐射光放大。Er 离子4I 13/2能级上存在着能量上转换过程，21 部分激活离子跃迁到4I9/2能级，再经过两次无辐射跃迁过程回到亚稳态。Yb 离子将能量传递给 Er 离子的同时，失去能量回落到基态。这里要注意两点，一是因为 Yb 离子首先被激活，在其两能级间也会存在一定的粒子数反转形成 Yb 波段(1.06μm)的自发辐射光，后文可以看到，在高功率泵浦时，这个波段的自发辐射光会对放大器的输出功率产生比较严重的限制。另一点，因为 Er离子在亚稳态寿命较长，存在着能量向 Yb 离子的反向回传，这个机制也会造成储能的一部分浪费，所以在考虑放大器设计时，应该合理的选择输入信号光能量，以便尽可能多的消耗 Er 离子的上能级粒子数，减小能量回传。