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半导体泵浦高能全固态激光器在基础科学、国防、工业加工和环境监测等领域有广泛的应用,增益层厚度在微纳尺度的固体激光器具有高比表面积,散热速度快,有潜力实现百kW级平均功率输出。本论文以全固态薄层激光器为研究对象,关注端面泵浦和表面垂直泵浦两种结构,前者的典型代表为平面波导陶瓷激光器,流延成型技术具有精度高、厚度可控、可续化生产等特点,可制备大面积平面波导陶瓷,对此类陶瓷平面波导激光特性的研究具有十分重要的意义;后者兼容大模场面积和高光束质量,有潜力实现更高功率和光束质量输出,但有限的吸收和增益厚度限制了此类激光器的发展,突破增益层厚度瓶颈对其实现高功率和高效率输出十分重要。本文首先基于非水基流延成型技术制备了YAG/Yb:YAG/YAG平面波导样品,陶瓷烧结过程中Yb离子的扩散使得样品具有天然的渐变折射率波导结构,针对这一特性,采用广角束传播方法（Wide-Angle BPM）建立了低光束质量半导体泵浦光在渐变折射率波导中的传输模型,全面评估了渐变折射率陶瓷平面波导的泵浦效率和出光特性。在波导样品参数确定的前提下,优化了泵浦光聚焦参数。此模型可用于优化其他平面波导结构的泵浦效率,并用于评估不同的泵浦源。搭建了基于流延法的小型平面波导陶瓷激光器,实现了连续光58W输出,温升控制在50K左右,光光效率……。为提高表面反射式泵浦出光激光器性能,本文设计了一种含光栅波导结构的薄层激光器,并基于严格耦合波理论进行了数值模拟计算。本文发现通过优化光栅基底和膜层参数,使泵浦光和激射光同时产生导模共振（GMR）效应,其结果是一方面使泵浦光的受激吸收和辐射得到明显增强,另一方面可利用其高反射特性构建谐振腔,实现特定角度的反射式泵浦出光。本文详细讨论了光栅波导结构的等效吸收截面、Purcell系数等参数,结合速率方程理论,分析了实现GMR效应时激光器的性能变化,结果表明经过优化设计的微纳结构可以有效地提高反射式薄膜激光器的效率,同时光场局域化效应也将影响激光器的时间响应特征。根据数值计算,光栅波导薄层激光器要求光栅与增益层具有显著的折射率差,且最好增益层折射率大于光栅基底。本文定制石英基底光栅,为提高增益层折射率,本文将平均粒径10 nm Nd2O3纳米颗粒和3 nm的TiO2颗粒混合,通过改变两种纳米颗粒的体积分数可以灵活调整增益层的等效折射率,同时有效降低了散射损耗。本文搭建了测试光栅波导结构受激吸收和辐射增强效应的平台,验证了光栅波导结构的GMR效应对受激吸收和发射的增强作用,为实现反射式泵浦薄膜激光器出光奠定了基础。本文最后基于光栅波导结构放大器,设计了一种实现更高功率的全固态激光输出的反射式泵浦放大架构,确定了基本模块的设计参数,以实现兆瓦级功率输出为目标,推算了系统参数。