无胶键合技术制备的晶体波导具有低损耗,高热导率和高非线性效应阈值等优点,有实现高功率,低阈值和高光束质量的潜力,可应用在医疗、激光雷达、科学研究、工业加工等领域,是未来高功率全固态激光器的主要发展方向之一。高功率晶体波导激光系统的研制在未来具有巨大的市场应用和国防战略价值。通过调研近几年晶体波导激光器的发展现状,发现增大芯层厚度的同时会导致多模输出,造成光束质量的下降。因此需要探究一种方法使晶体波导在增大芯层厚度的同时保持单模输出,从而使该晶体波导激光系统具有同时实现高功率和高光束质量的潜力。论文分析了晶体波导的单模条件。对晶体波导中的信号光传输模式进行研究,得到每个模式的特征方程和晶体波导的色散曲线图,从而获得晶体波导的单模截止条件。然后引入模式竞争的概念以进一步增大晶体波导的单模厚度。通过分析不同模式的相对增益,得出模式竞争下的单模条件。此时能够确定芯层的单模厚度上限。对于晶体波导的内包层厚度的相关影响进行分析,包括其与波导内的模式数量和泵浦吸收效率之间的关系,由此确定内包层厚度的范围。另外通过分析晶体波导存在的热效应,分别计算出热应力和热透镜效应对泵浦功率的限制,通过模拟得出外包层厚度与热应力之间的关系。制备了大芯层尺寸的晶体波导,其芯层材料为1at.%Yb:YAG,芯层尺寸为320μm×400μm,并由此搭建晶体波导激光器进行实验。在该实验中得到了近衍射极限输出,光束质量M~2=1.22×1.05,最高输出功率为26W,光光转换效率达到了48.5%。实验结果表明,模式竞争所决定的单模条件可靠,该设计具有可行性。