包层光滤除器（CPS）能将光纤中包层光滤除，保证大功率光纤激光系统的高光束质量和稳定性，是大功率光纤激光系统稳定运行的重要核心器件之一。本文基于分段腐蚀法，设计了一种新的可实现双向滤除的弱-强-弱CPS制备方案。在无主动制冷、激光输入功率为2051 W的情况下，分别测试了正反向输入时的CPS性能，CPS局部最高温度为31.2 ℃，温升速率为3.5 ℃/kW，滤除效率为20.1 dB。对CPS进行双向设计，可以将光纤包层中的回返光均匀滤除，进一步提升光纤激光器系统的安全性与可靠性。该研究可为大功率光纤激光系统提供重要的器件支撑。

为了滤除高功率光纤激光器传能光纤包层中的剩余泵浦光、高阶模式激光、纤芯泄漏激光和反射光，提高高功率光纤激光器的光束质量和稳定性，基于自研国产双包层20 μm/ 400 μm传能光纤，以KHF₂溶液、玻璃蒙砂膏和HF为腐蚀剂，采用分段腐蚀工艺，并复合应用腐蚀剂，制备了带梯度结构的包层光滤除器。所制备的包层光滤除器在输入泵浦光功率为343 W时，输出功率只有2.22 W，功率衰减系数达21.9 dB。为了在真实应用场景下利用激光器输出端传能光纤包层获得高功率低数值孔径激光，采用自研19 μm/ 400 μm双包层掺镱光纤构建光纤激光系统，在1173 W激光输入时包层光滤除器可滤除208 W低数值孔径包层光，在无主动散热条件下滤除器运行温度稳定在45 ℃以下。基于国产传能光纤制备的包层光滤除器可满足高功率光纤激光器的应用要求，保证了高功率光纤激光器的高光束质量和稳定性。

针对高功率光纤激光器在空间等特殊环境下无水冷却的热管理要求, 设计并研制了一种基于相变材料的高功率光纤包层光滤除器。采用正十八烷作为相变材料吸收包层光滤除器的产热, 利用Ansys的Fluent模块仿真分析相变材料的相变过程及200 W下滤除器温度分布特性, 实验采用0.246 kg质量分数为99%的正十八烷对200 W级滤除器进行热管理, 在室温为25.6 ℃、滤除的包层光为206 W的情况下, 该滤除器可稳定、安全工作360 s。实验结果和仿真结果基本吻合。

为了提高大功率双包层光纤激光器的光束质量、光谱特性以及光纤系统的稳定性, 设计了一种用于滤除光纤内包层残留光的新型高功率包层光滤除器。采用蒙特卡洛算法以及光线轨迹追踪法对包层光滤除器进行了数值计算, 评估包层光滤除器的滤除能力, 并借助计算流体力学软件ANSYS, 分析包层光滤除器的温度场分布。结果表明, 优化级联结构后的包层光滤除器的滤除效果达到16.7dB, 降低了包层光滤除器的热点温度, 在600W的输入功率下, 热点温度降低了20.8℃, 实现了包层光功率的均匀滤除;在滤除功率达到千瓦量级时, 该包层光滤除器仍能够稳定工作在70℃以内, 满足大功率光纤激光器系统稳定运行的要求。

双包层光纤激光器输出光中的包层光严重影响了激光的光束质量、光谱特性以及激光器的可靠性和稳定性，有效滤除包层光是双包层光纤激光器工程化的一个重要环节。对高功率包层光滤除器的热效应进行了理论与实验研究，利用ANSYS中流体动力学模块仿真分析了高功率包层光滤除器的温度场分布，在15~600 W的包层光滤除功率下进行了实验验证，在此基础上仿真优化了千瓦量级功率的包层光滤除器。优化后滤除器温度下降近46 ℃，可稳定工作在80 ℃左右。