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采用无胶热键合制备的全晶体材料矩形波导激光器是实现小体积、高亮度、紧凑型激光器的有效途径,是未来固体激光器发展方向之一。本文主要围绕无胶热键合制备的矩形晶体波导激光器开展研究,包括晶体波导结构设计,制备工艺和激光输出实验三部分,具体工作包括:（1）晶体波导结构设计中,通过采用折射率匹配和模式竞争的方法将现有40-60μm基模芯层扩大到332μm,并且保证好的光束质量输出。其中,在微小折射率差测量方法研究的基础上,通过采用折射率匹配,即选择1at.%的Yb:YAG为芯层材料、0.5at.%的Er:YAG为内包层材料与芯层材料匹配,折射率差可减小到4×10-6,将现有40-60μm晶体矩形波导单模芯层扩大到185μm,为常规YAG作为内包层设计的5倍。考虑晶体波导为有源器件,提出并引入模式竞争的方法设计晶体波导芯层尺寸,基模输出的芯层尺寸扩大到332μm,为折射率匹配设计的1.79倍,为常规设计（40-60μm）的8倍。上述设计分别用解析法和模拟的方法进行了计算和分析,结果一致。设计了双包层晶体波导结构参数,其内包层厚度的上限依据吸收效率>95%的原则,确定尺寸为小于190μm;内包层厚度下限依据波导条件,确定尺寸为大于73μm。外包层厚度的设计没有特定要求,但需要保证足够的机械强度和较小的热应力。（2）在晶体波导的制备中,基于键合面缝隙闭合理论,给出了激光晶体的键合条件,即-R曲线,给出键合面需要满足的条件:粗糙度小于0.5nm,面形精度的PV值小于λ/20,峰值半径0.16-0.18mm的基本要求。通过不断的摸索,制定出了一套从预处理、研磨抛光、清洗、光胶、热处理、后处理的完整制备工艺。利用动态检测法及时发现工艺中出现各种问题,保证每一道工艺的精度和质量。最终经过4次键合制备出了大芯层尺寸的Yb:YAG/Er:YAG单包层晶体波导,经过8次键合制备出了Yb:YAG/Er:YAG/spinel双包层晶体波导,实现了同种和异种材料的大面晶体键合。（3）晶体波导激光输出特性研究中,主要针对大芯层尺寸晶体波导近衍射极限光束输出进行了实验验证。制备的大芯层尺寸晶体波导,芯层材料为1at.%Yb:YAG,截面尺寸320μm×400μm,内包层材料为0.5at.%的Er:YAG,截面尺寸为7mm×30mm,晶体波导长77mm。首先用该晶体波导搭建平平谐振腔激光器,在泵浦功率102.8W,吸收泵浦光53.6W时,获得输出功率26W,光光转化率为48.5%,测量输出功率26W时的光束质量M2=1.22×1.05,近衍射极限输出,实验结果和理论设计一致。在腔内插入Cr:YAG被动调Q晶体,实现了窄脉宽脉冲激光输出,在泵浦功率为58W时,吸收泵浦功率29W,输出能量0.36m J@20k Hz,脉冲宽度23ns,在输出功率7.2W时,测得光束质量为M2=1.12×1.06。采用电光主动调Q方式,实现了高峰值功率的脉冲激光输出,当泵浦功率为122W时,吸收泵浦功率60W,输出脉冲能量为1.3m J@10k Hz,对应光光效率22%,脉宽10ns。在继续升高泵浦功率的过程中发现了功率饱和现象,通过分析,推测晶体波导包层内可能出现寄生振荡,通过在晶体波导表面溅射一层红外吸收材料Ge,用于减少包层内形成的寄生振荡,在波导吸收泵浦功率68W时,获得脉冲能量1.75m J@10k Hz输出,对应的光光效率26%,测量脉宽和光束质量基本不变,验证了镀Ge材料抑制晶体波导寄生振荡的有效性,实现了峰值功率为175k W,亮度1304MW/cm2·sr,功率密度54.8MW/cm2,高于普通的光纤和固体激光器。