與傳統光纖激光器相比，雙包層光纖激光器采用具有雙包層結構的摻雜光纖作為工作介質。泵浦光在多模內包層中傳輸，內包層具有大的數值孔徑和橫向尺寸，就使得采用多模LD陣列作為泵浦源成為可能。隨著泵浦光在光纖中傳輸，纖芯中的摻雜介質吸收能量產生粒子數反轉并產生受激躍遷，在光反饋的作用下產生激光振蕩。
雙包層光纖激光器以其高輸出功率、低閾值、高效率、窄線寬和可調諧等顯著優勢，越來越受到人們的青睞。
雙包層光纖是一種特殊結構的光纖，是雙包層光纖激光器的核心。
雙包層摻雜光纖由纖芯、內包層、外包層和保護層四個層次組成。內包層的作用：一是包繞纖芯，將激光輻射限制在纖芯內；二是將泵浦光耦合到內包層，使之在內包層和外包層之間來回反射，多次穿過單模纖芯被其吸收。在雙包層結構中，泵浦光的吸收率和內包層的幾何形狀和纖芯在包層結構中的位置有關。此外，泵浦光被摻雜稀土離子的吸收率正比于內包層和外包層的面積比。
雙包層光纖激光器采用包層泵浦技術，利用高功率二極管陣列對雙包層光纖進行有效地泵浦。多模泵浦光在雙包層光纖的內包層中傳輸，纖芯的摻雜稀土離子吸收多模泵浦光并輻射出單模激光，將高功率、低亮度的泵浦光轉換成衍射極限的，單模強激光輸出。雙包層光纖的獨特結構使得泵浦光不必耦合到單模纖芯內，而是耦合到內包層中，極大地提高了耦合效率和光纖泵浦功率。再加上光纖所具有的高表面積/體積比，從而有效地消除了限制高功率激光器的激光介質熱效應問題。
雙包層光纖激光器以其小巧靈活、全固化、低閾值以及有著衍射極限的光束質量等顯著優點越來越受到人們的喜愛。雙包層光纖與傳統的單模光纖的區別在于，通過設計光纖結構和選擇合適的材料-----內包層。以大功率多模激光器為泵浦源，通過包層泵浦技術將多模泵浦光耦合進入內包層。當泵浦源的光沿光纖內包層的縱向傳播時將多次穿越纖芯，并逐漸被稀土離子所吸收，從而產生激光效應。
雙包層光纖激光器最容易實現的結構為線性腔、端泵浦的形式，即在雙包層光纖的兩端加上激光雙色鏡，經過耦合系統的泵浦光從雙包層光纖的一端進入光纖，產生的信號光在兩個腔鏡和雙包層光纖組成的諧振腔中進行激光振蕩，得到模式優質的激光輸出。
泵浦源LD所產生的泵浦光經過透鏡耦合系統準直、聚焦后入射到雙包層光纖的前端，經過光纖前端的二色鏡進入有著大數值孔徑和大橫向尺寸的內包層，并沿著光纖傳輸，在傳輸過程中激發摻雜纖芯中的稀土離子產生受激躍遷，并形成粒子數反轉，在達到形成激光振蕩所需要的條件后，從光纖的另一端輸出激光。非球面透鏡耦合系統的作用是將多模半導體激光器輸出的光束變換成為適合在雙包層光纖中傳輸的光束。前腔鏡用于將后向的激光反射回到光纖中去，后腔鏡的作用是把剩余泵浦激光反射回到光纖包層中去繼續參與泵浦，并反射部分信號激光回到光纖纖芯參與激光振蕩，進行諧振放大。
由于采用雙包層光纖的特殊結構，雙包層光纖激光器除了具有結構簡單、體積小、散熱性好、輸出激光光束質量好等一些光纖激光器的優點外，還有著一些獨特的優點：
（1） 雙包層光纖作為波導介質，纖芯直徑非常小，在纖芯內限制了極少數的激光模式，很容易形成高功率密度，且內包層結構能保證大功率半導體泵浦，因而可以提高泵浦效率，實現高增益。雙包層光纖的特殊結構降低了激光器的工作閾值，提高了泵浦光轉換效率。纖芯的幾何尺寸限制了在光纖內傳輸的光的模式，選擇適合的增益光纖就可以使激光實現單模運轉，同時保證輸出光束的質量。
（2） 由于雙包層光纖具有很高的“表面積/體積”比，散熱效果好，環境溫度允許在－20～70攝氏度，無需龐大的水冷系統，高功率運轉時也需要風冷。冷卻系統的簡化降低了激光器的成本，極大地提高了激光器的穩定性和工作壽命，平均無故障時間在10000h甚至100000h以上。又由于雙包層光纖具有良好的柔性，雙包層光纖激光器可以設計得相當小巧、結構緊湊、易于集成，可以在高沖擊、強振動、高溫度、有灰塵等相對惡劣的環境中工作，特別適用于對功率要求較高的特殊環境。
（3） 雙包層光纖激光器具有良好的光譜特性。通過改變雙包層光纖纖芯內的摻雜物質或者摻雜物質的組分（如鐿/釹共摻），可以實現不同波長的激光輸出。同時對于某單一摻雜物質，輸出的光譜特性也受到基質材料的影響。
（4） 雙包層光纖激光器本質上是一種光纖器件，因此，它能以較高的耦合效率與目前的光纖通信系統中的光纖器件（如光纖耦合器、光纖反射鏡、光纖光柵、光纖放大器、波分復用器等）連接。將光纖激光器用在現有的通信系統上，可以支持更高的傳輸速率，也是未來高碼率密集波分復用系統以及未來相干通信的基礎。
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