双包层光纤在采用活性光纤的领域非常重要，尤其是高功率光纤激光器和放大器。
采用普通掺杂单模光纤的光纤激光器或者放大器可以产生衍射极限的输出，但是需要泵浦光源也具有衍射极限的光束质量，因此光源功率较低。但是如果采用多模光纤，得到的光束质量比较差。
采用双包层光纤可以解决以上难题，这样可以实现包层泵浦。其中激光在单模（或多模）纤芯中传播，而泵浦光在纤芯周围的内包层中传播。只有光纤纤芯（有时是环绕纤芯的一圈）是稀土掺杂的。泵浦光被具有更低折射率的外包层限制在内包层中传播，同时也有一部分泵浦光在单模纤芯中传播，可以被纤芯中的激光活性离子吸收。内包层的面积比纤芯大，并且通常具有更大的数值孔径，可以支持更多的传播模式，可以有效的耦合光，例如，来自于高功率激光二极管的光，即使光束质量很差的情况下也可以。
图1
图1：采用双包层光纤的包层泵浦光纤放大器。信号光进入掺杂的纤芯中，而泵浦光进入内包层。纤芯是D形的，是为了更有效的进行泵浦吸收。
如图1所示，泵浦光无需进入光纤端口。可以采用边泵浦技术，就不需要泵浦光与光纤端口接触。例如，具有刻进内包层的V型槽涂层就可以将泵浦光反射到内包层。
目录
双包层光纤设计
双包层光纤的参数和制备方法
应用
双包层光纤的常见问题
双包层光纤设计
有许多不同类型的双包层光纤。图2给出了常见的几种类型光纤的截面。
图2
图2：双包层光纤的几种设计。蓝色的为光纤纤芯，灰色的为内包层，深灰色为外包层。通常还会在最外层加上聚合物包层，图中没有显示。 最简单的设计是中心的纤芯外层具有圆形的泵浦包层（图2中第一种）。这种光纤制备相对容易并且适用性强，但是内包层的传播模式与纤芯交叠很小，因此大部分泵浦光不能被完全吸收。因此，增益和功率效率比较低。将光纤卷起来能在一定程度上解决这一问题。
图3
图3：圆形泵浦包层的双包层光纤中泵浦光的振幅分布情况。数值模拟结果显示，泵浦光强度分布在纤芯区域存在一个洞。其它的泵浦光则不是完全被吸收。如果采用D形纤芯，则可以减小这一效应。
如果采用不对称的结构可以提高泵浦光与纤芯的交叠程度。例如，采用非中心的纤芯或者非圆形的内包层结构（例如，椭圆形，D形或者三角形）。这种包层与泵浦光源更加匹配，例如，束形二极管线阵。但是如果整个光纤为非圆形的，那么在光纤熔接时就会出问题。
图4：具有空气包层的光子晶体光纤结构。
也可以将双包层光纤制作成如图4所示的光子晶体光纤。其中，多模泵浦纤芯由空气包层中很细的框架支撑，泵浦光限制在空气包层中。这种结构的数值孔径很大，对于泵浦光至少为0.6，并且这种结构对泵浦光源的亮度要求不高。可以调节框架的厚度实现很高的机械稳定性，高热传导性和最小的泵浦损耗。这种结构光纤的另一种优势在与泵浦光远离起保护作用的聚合物涂层，因此该涂层不会由于吸收泵浦光而发生损坏。纤芯中传导光的机制与其它光子晶体光纤相同。
双包层光纤的参数和制备方法
除了光纤纤芯的性质之外，内包层与纤芯的面积比值也是一个很重要的参数。面积比不能太大，否则有效泵浦吸收长度很大，纤芯中的泵浦光强变小，激发程度变低，同时功率效率也相应降低。通常面积比为100-1000。亮度较大的泵浦光源可以采用较小面积比的光纤，并且长度也可以比较小，因此会降低各种非线性效应的影响。 很多情况下，双包层光纤类似于正常的纤芯泵浦的光纤，只是前者具有一层具有更低折射率的外包层。如果内包层为二氧化硅，外包层通常是掺氟的二氧化硅。这时内包层的数值孔径约为0.28。再加上外层聚合物包层该值会更大，但是它不能耐受高温，并且还会对泵浦光引入附加的传播损耗。因此高输出功率情形通常采用全玻璃结构。需要注意的是，图4和图5中的光子晶体光纤是全玻璃结构，但是内包层的数值孔径很高。
图5：光子晶体光纤棒端口的微观图像。这种结构与图4类似，但是纤芯面积更大，采用两个应力棒可以实现偏振保持。
应用
双包层光纤被大量用于包层泵浦的高功率光纤激光器和放大器中。这种装置具有相对比较高的转化效率（有时大于80%）和很高的光束质量。输出的光束质量能达到衍射极限，但是泵浦光源的光束质量可以比较低，激光器或者放大器输出的亮度会远大于泵浦光源。如果实际应用中需要提高亮度，那么这种包层泵浦的光纤激光器也被称为亮度转换器。
双包层光纤的常见问题
以上提到了，包层模式与纤芯交叠很小时，会引起不完全的泵浦吸收。即使采用改进的设计保证强的模式交叠，由于泵浦光与掺杂的光纤纤芯交叠程度有限，泵浦吸收还是会减小。因此通常需要更长的活性光纤。但是，这样又会受到光纤非线性的影响。另外，如果掺杂离子浓度很大，激光器或者放大器则比较难工作在短信号波长区域，并且荧光强度变大也会降低功率转化效率。
由于光纤弯曲或者存在光纤布拉格光栅，有些信号光会从纤芯耦合到泵浦包层中。耦合进去的光会一直在包层中不会消失。因此需要采用包层光滤除器（包层模式滤除器）来消除这些光，因为它会干扰装置的输出。同样的，残余泵浦光也需要采取同样的措施消除。
