进入21世纪以来，固体激光器输出功率由10 kW到100 kW不断获得突破，这时高效散热和主动光束质量控制已成为固体激光器提高性能、继续发展的主要攻关方向。相应的改进和创新主要是在增益介质结构的变化和冷却方式的改变上。诸如热容激光器、具有大表面积体积比的光纤激光器、薄片激光器及板条激光器等多种激光器得到了深入研究。
目前热容固体激光技术的发展陷入停滞，光纤激光技术吸引的研发力量最多；端面抽运传导冷却板条激光技术、ThinZag浸入式板条激光技术、液冷薄片激光技术均实现了100 kW以上激光输出，进一步地发展需要克服各自的短板；传导冷却薄片以及平面波导激光技术均展示了高效高功率输出的发展潜力，有望近期取得突破。下面介绍下几种固体激光技术各自的优缺点。
热容激光器技术
Lawrence Livermore国家实验室在2001年，成功演示了闪光灯抽运的10 kW级热容激光器，实际输出平均功率13 kW，光束质量优于5倍衍射极限。次年采用单片Nd:GGG增益介质，四片二极管激光面阵抽运，获得2.7 kW输出。2006年，进而采用五片陶瓷Nd:YAG增益介质，输出达到了67 kW。但是由于未能有效解决输出光束质量的问题，并且输出激光的时间过短，在与板条激光技术方案的竞争中处于下风。
因为抽运不均匀热容激光器的光束质量随着出光时间迅速退化，难以符合实用要求。因此，热容激光器虽然具有定标放大至100 kW的能力，但其应用前景并不乐观。
光纤激光器技术
光纤激光器优点在于优良的光束质量和方便的热管理，缺点在于单纤的输出功率有限，要达到100 kW级的功率水平需要复杂的光束合成方案。
光束合成有相干合成、谱合成以及功率合成等方式。相干合成和谱合成能够较好地保持光束质量，但是对激光的线宽有着苛刻的要求，这进一步限制了单纤的输出水平。
随着窄线宽光纤激光技术的进步，光纤激光的合成功率得到了大幅提升。2017年3月初，洛克希德· 马丁公司采用光谱合成技术方案实现58 kW激光输出，光束质量接近衍射极限，这是迄今为止最好光束质量的最高功率的光纤激光合成输出。
尽管取得了里程碑性的进展，但是合成光束的功率进一步提升空间有限。
板条激光器技术
板条激光器利用其介质几何对称性和之字形光路，可以部分抵消热致光程差和双折射效应的影响，是实现高平均功率高光束质量激光输出的有效方式。
1. 二极管端面抽运传导冷却
板条激光器(CCEPS)
板条激光器(CCEPS)
诺格（Northrop Grumman）公司在2009年实现了7路CCEPS相干合成输出105.5 kW，光束质量优于3倍衍射极限，电光转换效率达19.3%。
诺格方案单路输出功率有限，相干合成后光束质量的退化效应比较明显，这主要是因为暂时无法找到有足够占空比的光束拼接方案。另外，随着链路数目的增加，将会对实时相位控制技术提出很大挑战。
针对合成后光束质量退化问题，通过偏振合束和利用衍射光学元件合束的方式可以加以改善，随着波前控制技术进步，可合成的路数也将逐步增加。
2. ThinZag浸入式板条激光器
Textron公司采用冷却液直接冷却陶瓷ThinZag板条激光器，开发出了1 kW、5 kW和15 kW的高功率连续激光器产品。
2010年，Textron公司串联6个增益放大模块，构成紧凑的单口径输出振荡器，实现了100 kW的激光输出。
放大器模块之间插入变形镜校正波前畸变，但当激光器工作在高功率时，变形镜由于损伤阈值限制发生损坏，造成光束质量急剧下降，仅能工作数秒。
薄片激光器技术
1. 传导冷却薄片激光器
薄片内热量沿着轴向传输，所以理论上不存在热透镜效应，可以得到高光束质量的激光输出。
2008年6月，Boeing公司宣称其薄片激光器输出功率达25 kW，光束质量优良；德国物理技术研究所采用端面抽运薄片激光器在2008年实现多模16 kW，光束质量M2≈24，在4 kW时光束质量可以达到M2=1.4。
面抽运方式下，薄片激光器的增益介质较薄，使得抽运光单程吸收能力很差，必须设计复杂的抽运系统保证抽运能量的充分吸收，消弱了激光器系统的稳定性；而且实际输出的光束质量并不理想，边缘效应、热应力以及抽运和散热的不均匀都使得光束质量严重退化；另外，单片薄片能力有限，高功率输出需要多块薄片级联放大，需要复杂的抽运光学系统，系统规模较大。
2. 液体冷却薄片激光器
General Atomics公司研发的液体冷却薄片激光器，采用的技术方案从未公开报道过，经分析认为可能采用了分布式增益的薄片YLF激光器专利技术。2010年，通用原子公司实现了单模块60 kW功率输出，2015年实现两模块150 kW激光输出。
这种激光器通过将热量分散在多个片状单元中，利用流体的强散热能力将热量快速导出，使得增益介质中的温升极低，且只在光轴方向具有温度梯度，大大降低了增益介质本身带来的热畸变。
这种方案展示出了良好的定标放大能力，但是冷却液会对激光性能产生严重的影响。因此，这种激光器的光束质量不容乐观。
平面波导激光器技术
平面波导激光技术兼顾了光纤和薄片激光技术的优势，增益区截面积可以扩展，光束质量可控。缺点在于增益介质制备困难，光束的级间耦合要求精度高。
Raytheon公司在2006年用单个平面波导实现了16 kW的多模激光输出，展示了平面波导的巨大技术潜力。在2013年实现了单个平面波导14.5 kW的激光输出（导波方向近单模），并在5.4 kW水平验证了对非导波方向进行自适应校正的可行性，校正后光束质量达到1.7倍衍射极限。
新型表层增益板条激光器技术
提高单模块输出功率最直接的思路是提高增益介质的散热能力，即提高表面积体积比。非均匀掺杂的三明治结构板条应运而生。板条的两个大面处有一定厚度的掺杂区，适应大面传导冷却，称之为表层增益。
区别于现有的端头键合、体增益板条，新型表层增益板条激光器技术可满足更高功率激光系统对低热畸变，高增益、高功率输出增益介质的需求。
板条内抽运光和主激光沿“之”字传播。表层增益板条与传统板条相比，在相同抽运功率下温升较小，而且在厚度方向对热有很好的匀化作用，具备优异的散热能力。
当信号光功率密度大于10 kW/cm2，保证放大器模块抽运功率密度大于10 kW/cm3，单模块的提取效率保持在40%以上。抽运功率为25 kW时，激光输出功率可达到12.2 kW，对应的光-光效率为49%，具备获得高效率高功率输出的能力。在连续谐振腔输出实验中，采用表层增益板条已获得了3 kW的激光输出具有非常好的线性度。
上述激光器设计极大改善了激光器的性能，使激光器单口径输出功率水平继续取得新的突破。
高功率固体激光技术的突破，关键在于如何消除或补偿固体增益介质中热积累带来的热畸变，即在高功率运行条件下保持光束质量，进行定标放大。通过冷却方式和增益介质构型的进一步优化，相位共轭、自适应光束净化、新型谐振腔以及各种补偿措施的出现，高功率固体激光器输出激光性能还将有新的突破。
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