随着二极管激光技术的发展，光纤耦合二极管激光器被广泛地应用于需求高亮度泵浦的高功率光纤激光器和固体激光器，以及直接作为激光源应用在医疗、材料工业加工等领域。目前国内普遍采用基于厘米bar DL的光纤耦合技术中，存在结构复杂、效率低等缺点。本论文根据国际上mini-bar的发展，采用新型mini-bar叠阵的高功率光纤耦合设计，克服了现有方案的不足，在耦合效率、寿命及成本等方面优势明显，具有良好的工程应用前景。理论分析了DL结构、辐射参数与耦合光纤参数的匹配关系，给出了高功率mini-bar DL阵列光纤耦合系统的设计原则、方法及工程设计中各类误差的考虑。针对CW60 W mini-bar，完成了单波长、线偏振的kW级光纤耦合方案设计，光纤芯径800μm、NA0.22，整体耦合效率66.2％。在该方案的基础上，通过简单的偏振合束及波长叠加可将输出功率提高至数kW量级;设计并验证了一种偏振折叠提高二极管激光亮度的光束整形方法，并给出了基于该整形方法的光纤耦合方案。对于CW50 W mini-bar叠阵，采用芯径400μm、NA0.22的光纤，输出功率可达到200 W以上，整体耦合效率56.5％;同时开展了基于大功率单管DL的光纤耦合方案设计，采用“step and mirror”叠加方式进行光纤耦合设计，光纤芯径100μm、NA0.22，输出功率可达20 W以上，整体耦合效率63.5％。　　建立了用于mini-bar封装的微通道冷却器热分析模型，得到了微通道宽度、间隔及其深度的优化设计参数。利用ANSYS对微通道冷却的mini-bar热特性进行了模拟计算，得到了芯片封装热阻与结区温度的理论值。通过封装实验，封装出输出连续功率60 W的单mini-bar DL，谱线宽度小于3.2 nm，电-光转换效率为65.3％，mini-bar DL的实测热阻和结区温度与理论计算相符合。开展了mini-bar叠阵封装设计及封装工艺实验研究，封装出20 mini-bar叠阵最高输出功率1170W，电-光效率64.8％，两列mini-bar叠阵通过空间耦合后，输出功率2090W，空间耦合效率达到97％。　　设计了一种基于陶瓷片次热沉的大功率单管DL封装方式，与C-mount封装方式相比，具有机械稳定性强，热沉与管芯绝缘，有利于芯片热耗散且使用方便等优点。选取热导率高，无毒易加工且热膨胀系数与芯片较为匹配的AlN陶瓷片作为次热沉材料，通过模拟计算优化了AlN陶瓷片的厚度参数。开展了大功率单管DL封装实验研究，采用尺寸为4.05 mm×3.9 mm×0.2 mm的AlN陶瓷片，封装出输出功率8.11W的大功率单管DL，谱线宽度约为3.2 nm，电-光转换效率为51.1％，器件实测热阻和结区温度与理论计算相符合。　　分析并给出了FAC透镜在六个维度上的装调误差与准直效果的关系，提出了FAC透镜阵列需采用近场、远场强度同时在线监测与装调方法，给出了装调判断准则;利用具有不同结构特性参数的SAC透镜进行了mini-bar慢轴输出准直实验，掌握了DL慢轴结构参数与SAC结构参数的匹配关系，在实验基础上总结出先将FAC与SAC透镜按照参数计算得到的间距组合粘接，再统一进行装配的工艺方法，以确保FAC与SAC透镜装配误差的最小化。设计并搭建了DL叠阵及空间功率合成近场、远场强度同时在线监测与装调系统，并用于mini-bar叠阵及其空间耦合装调测试，保证了装调精度。20mini-bar叠阵快轴远场发散角小于0.4°，慢轴远场发散角与设计值相吻合。分析了smile效应对准直后DL输出光束的影响，设计了采用CCD成像及光斑强度质心算法测量smile的方法，搭建了精确测量smile效应的实验平台，为掌握DL封装应力与形变状态及改进封装工艺提供了重要依据。　　国内首次实现了基于mini-bar的单波长、线偏振kW级光纤耦合二极管激光输出，最高功率1360 W，中心波长975.41 nm，整体耦合效率约为58％，光纤输出端面的功率密度达到1.73×105 W/cm2。基于偏振折叠的光纤耦合实验中，在驱动电流为1％DC、50A测得光纤输出端脉冲激光功率为186.9 W，整体耦合效率达到52.2％。