半导体碟片激光器(SDL)又称作光泵浦垂直外腔面发射激光器,这种新型半导体激光器结合了光泵浦固体激光器和半导体激光器的优点,如光束质量好、输出功率高、波长丰富、泵浦带宽、泵浦吸收效率高、结构紧凑、外延材料无需掺杂等优点。这些优势使得SDL在激光显示、激光通信、目标探测、生物医疗与材料分析等诸多领域应用广泛。本论文主要围绕半导体碟片激光器功率、光束质量限制机理与控制方法这一关键科学问题,开展了高功率半导体碟片激光器高效热管理、近衍射极限光束质量实现和腔内倍频光束控制方法的研究,研究内容和取得的创新性成果如下:(1)针对半导体碟片激光器的高效热管理问题,提出采用Cu-Sn合金预金属化金刚石键合碟片激光器的方法,解决传统金属固液键合过程中,铂层扩散凝结导致的较差的键合质量和高的热阻问题,通过对比测试预金属化金刚石和非预金属化金刚石键合碟片激光器的输出功率和热阻,证实该方法可有效提升键合质量,降低热阻,提高功率,通过结合该种键合方式和增大泵浦光斑尺寸的方法,实现了超过27 W的连续功率输出和46.5%的光-光转化效率。(2)针对如何实现高功率半导体碟片激光器近衍射极限激光输出的问题,系统研究了影响碟片激光器光束质量的因素,分析了实现近衍射极限光束质量的条件。实验证明泵浦光斑尺寸比基模模式尺寸小10%至20%是实现稳定近衍射极限激光输出的关键参数,实现输出功率12.9 W、光束质量因子M~2<1.2的高功率高光束质量半导体碟片激光器。(3)提出使用V型腔内倍频偏硼酸钡(BBO)的方式,在515 nm波长附近,获得了1.3 W连续绿光输出的半导体碟片激光器。针对倍频后光束质量变差的问题,提出使用V型谐振腔中插入小孔光阑控制光束形貌和基频光模式的方法,改善了倍频光光束质量和光斑形貌,实现高光束质量、高亮度和近圆形光斑输出的绿光碟片激光器。