增益介质的热效应是制约固体激光器获得高平均功率和高光束质量输出的重要因素。使用键合技术，在增益介质上键合一块非掺杂晶体或者高热导率晶体，能够有效地降低晶体的温升，减弱晶体的热效应。本文对激光晶体的直接键合技术进行了理论和实验研究，使用直接键合技术实现了对同种材料、异种材料激光晶体的键合，研究了键合晶体的激光输出特性。主要的工作如下:　　根据键合面缝隙闭合模型，推导了适用于激光晶体键合的可键合条件，在表面平整度PV值和均方根粗糙度σ的基础上，增加了表面峰顶半径R作为表征材料表面加工精度的参量。使用可键合条件计算了常用激光材料掺钕钇铝石榴石(Nd∶YAG)、蓝宝石(sapphire)晶体、铒镱共掺磷酸盐玻璃(Er∶Yb∶glass)和尖晶石(spinel)键合时需要满足的表面加工参数，表面分析了键合的难易程度。　　研究了晶体材料的表面加工和键合工艺，实现了Nd∶YAG-YAG的同种晶体材料键合和Nd∶YAG-sapphire、Er∶Yb∶glass-spinel的异种晶体材料键合。其中改进的工艺是，在常规的研磨和抛光工艺后，增加一抛光工艺，在保持表面平整度PV值和均方根粗糙度σ不降低的情况下，通过增大表面的峰顶半径R平均值，提高晶体光胶的质量。并摸索出几种晶体热处理的最高温度和升温、降温方法。　　在掠入射板条激光器中，提出了采用键合晶体改善增益介质热效应的构想，并进行了理论分析和实验验证。从理论上分析了Nd∶YAG-sapphire键合晶体作为增益介质时的晶体温度分布、应力分布和表面形变，对不同键合层厚度下热焦距的变化进行了计算，并与单块Nd∶YAG晶体作为增益介质时的情况进行了对比。对比显示，在掠入射板条激光器中，使用Nd∶YAG-sapphire键合晶体作为增益介质，能够有效降低晶体温升、减小晶体的应力和表面变形，减弱晶体的热透镜效应。对Nd∶YAG-sapphire键合板条和未键合Nd∶YAG板条增益介质构成的激光器进行了输出对比实验研究。实验结果显示，键合晶体激光器的输出功率比单块晶体激光器提高了75％，光束质量优于单块晶体激光器。理论和实验证明，在掠入射板条激光器中，使用键合晶体作为增益介质，是同时获得高平均功率和高光束质量输出的有效方法。在掠入射激光器对比研究的基础上，将键合晶体应用于百赫兹激光放大器中，使用键合晶体掠入射放大器作为多级放大结构中的一级，能够实现高平均功率、高光束质量、高增益的放大输出。　　研究了940nm泵浦Er∶Yb∶glass-Co∶spinel键合晶体被动调Q激光器的输出特性。从理论上分析了键合晶体的温度分布、应力分布和表面变形，对键合晶体在不同泵浦功率下的热透镜效应进行了计算，并与未键合的Er∶Yb∶glass单独作为增益介质时的情况进行了对比。对比显示，键合晶体的热效应明显小于单块铒玻璃增益介质。对Er∶Yb∶glass-spinel键合晶体和未键合Er∶Yb∶glass构成的激光器进行了对比输出实验研究。实验结果显示，Er∶Yb∶glass-spinel键合晶体激光器的输出脉冲能量是未键合的Er∶Yb∶glass激光器的三倍，键合晶体激光器的输出光光束质量略好于未键合的Er∶Yb∶glass激光器。在Er∶Yb∶glass-Co∶spinel键合晶体激光器中，获得了峰值功率74kW、光束质量因子M2=1.2的1.5μm波长输出，是目前940nm泵浦铒镱共掺磷酸盐玻璃被动调Q激光器中获得的最高峰值功率。对于键合前后输出特性的改变，使用键合晶体作为复合增益介质使得增益介质热效应减弱是光束质量改善的原因，键合技术减小了激光器的腔内损耗是输出功率提升的主要因素。