進入21世紀以來，固體激光器輸出功率由10 kW到100 kW不斷獲得突破，這時高效散熱和主動光束質量控制已成為固體激光器提高性能、繼續發展的主要攻關方向。相應的改進和創新主要是在增益介質結構的變化和冷卻方式的改變上。諸如熱容激光器、具有大表面積體積比的光纖激光器、薄片激光器及板條激光器等多種激光器得到了深入研究。
目前熱容固體激光技術的發展陷入停滯，光纖激光技術吸引的研發力量最多；端面抽運傳導冷卻板條激光技術、ThinZag浸入式板條激光技術、液冷薄片激光技術均實現了100 kW以上激光輸出，進一步地發展需要克服各自的短板；傳導冷卻薄片以及平面波導激光技術均展示了高效高功率輸出的發展潛力，有望近期取得突破。下面介紹下幾種固體激光技術各自的優缺點。
熱容激光器技術
Lawrence Livermore國家實驗室在2001年，成功演示了閃光燈抽運的10 kW級熱容激光器，實際輸出平均功率13 kW，光束質量優于5倍衍射極限。次年采用單片Nd:GGG增益介質，四片二極管激光面陣抽運，獲得2.7 kW輸出。2006年，進而采用五片陶瓷Nd:YAG增益介質，輸出達到了67 kW。但是由于未能有效解決輸出光束質量的問題，并且輸出激光的時間過短，在與板條激光技術方案的競爭中處于下風。
因為抽運不均勻熱容激光器的光束質量隨著出光時間迅速退化，難以符合實用要求。因此，熱容激光器雖然具有定標放大至100 kW的能力，但其應用前景并不樂觀。
光纖激光器技術
光纖激光器優點在于優良的光束質量和方便的熱管理，缺點在于單纖的輸出功率有限，要達到100 kW級的功率水平需要復雜的光束合成方案。
光束合成有相干合成、譜合成以及功率合成等方式。相干合成和譜合成能夠較好地保持光束質量，但是對激光的線寬有著苛刻的要求，這進一步限制了單纖的輸出水平。
隨著窄線寬光纖激光技術的進步，光纖激光的合成功率得到了大幅提升。2017年3月初，洛克希德· 馬丁公司采用光譜合成技術方案實現58 kW激光輸出，光束質量接近衍射極限，這是迄今為止最好光束質量的最高功率的光纖激光合成輸出。
盡管取得了里程碑性的進展，但是合成光束的功率進一步提升空間有限。
板條激光器技術
板條激光器利用其介質幾何對稱性和之字形光路，可以部分抵消熱致光程差和雙折射效應的影響，是實現高平均功率高光束質量激光輸出的有效方式。
1. 二極管端面抽運傳導冷卻
板條激光器(CCEPS)
板條激光器(CCEPS)
諾格（Northrop Grumman）公司在2009年實現了7路CCEPS相干合成輸出105.5 kW，光束質量優于3倍衍射極限，電光轉換效率達19.3%。
諾格方案單路輸出功率有限，相干合成后光束質量的退化效應比較明顯，這主要是因為暫時無法找到有足夠占空比的光束拼接方案。另外，隨著鏈路數目的增加，將會對實時相位控制技術提出很大挑戰。
針對合成后光束質量退化問題，通過偏振合束和利用衍射光學元件合束的方式可以加以改善，隨著波前控制技術進步，可合成的路數也將逐步增加。
2. ThinZag浸入式板條激光器
Textron公司采用冷卻液直接冷卻陶瓷ThinZag板條激光器，開發出了1 kW、5 kW和15 kW的高功率連續激光器產品。
2010年，Textron公司串聯6個增益放大模塊，構成緊湊的單口徑輸出振蕩器，實現了100 kW的激光輸出。
放大器模塊之間插入變形鏡校正波前畸變，但當激光器工作在高功率時，變形鏡由于損傷閾值限制發生損壞，造成光束質量急劇下降，僅能工作數秒。
薄片激光器技術
1. 傳導冷卻薄片激光器
薄片內熱量沿著軸向傳輸，所以理論上不存在熱透鏡效應，可以得到高光束質量的激光輸出。
2008年6月，Boeing公司宣稱其薄片激光器輸出功率達25 kW，光束質量優良；德國物理技術研究所采用端面抽運薄片激光器在2008年實現多模16 kW，光束質量M2≈24，在4 kW時光束質量可以達到M2=1.4。
面抽運方式下，薄片激光器的增益介質較薄，使得抽運光單程吸收能力很差，必須設計復雜的抽運系統保證抽運能量的充分吸收，消弱了激光器系統的穩定性；而且實際輸出的光束質量并不理想，邊緣效應、熱應力以及抽運和散熱的不均勻都使得光束質量嚴重退化；另外，單片薄片能力有限，高功率輸出需要多塊薄片級聯放大，需要復雜的抽運光學系統，系統規模較大。
2. 液體冷卻薄片激光器
General Atomics公司研發的液體冷卻薄片激光器，采用的技術方案從未公開報道過，經分析認為可能采用了分布式增益的薄片YLF激光器專利技術。2010年，通用原子公司實現了單模塊60 kW功率輸出，2015年實現兩模塊150 kW激光輸出。
這種激光器通過將熱量分散在多個片狀單元中，利用流體的強散熱能力將熱量快速導出，使得增益介質中的溫升極低，且只在光軸方向具有溫度梯度，大大降低了增益介質本身帶來的熱畸變。
這種方案展示出了良好的定標放大能力，但是冷卻液會對激光性能產生嚴重的影響。因此，這種激光器的光束質量不容樂觀。
平面波導激光器技術
平面波導激光技術兼顧了光纖和薄片激光技術的優勢，增益區截面積可以擴展，光束質量可控。缺點在于增益介質制備困難，光束的級間耦合要求精度高。
Raytheon公司在2006年用單個平面波導實現了16 kW的多模激光輸出，展示了平面波導的巨大技術潛力。在2013年實現了單個平面波導14.5 kW的激光輸出（導波方向近單模），并在5.4 kW水平驗證了對非導波方向進行自適應校正的可行性，校正后光束質量達到1.7倍衍射極限。
新型表層增益板條激光器技術
提高單模塊輸出功率最直接的思路是提高增益介質的散熱能力，即提高表面積體積比。非均勻摻雜的三明治結構板條應運而生。板條的兩個大面處有一定厚度的摻雜區，適應大面傳導冷卻，稱之為表層增益。
區別于現有的端頭鍵合、體增益板條，新型表層增益板條激光器技術可滿足更高功率激光系統對低熱畸變，高增益、高功率輸出增益介質的需求。
板條內抽運光和主激光沿“之”字傳播。表層增益板條與傳統板條相比，在相同抽運功率下溫升較小，而且在厚度方向對熱有很好的勻化作用，具備優異的散熱能力。
當信號光功率密度大于10 kW/cm2，保證放大器模塊抽運功率密度大于10 kW/cm3，單模塊的提取效率保持在40%以上。抽運功率為25 kW時，激光輸出功率可達到12.2 kW，對應的光-光效率為49%，具備獲得高效率高功率輸出的能力。在連續諧振腔輸出實驗中，采用表層增益板條已獲得了3 kW的激光輸出具有非常好的線性度。
上述激光器設計極大改善了激光器的性能，使激光器單口徑輸出功率水平繼續取得新的突破。
高功率固體激光技術的突破，關鍵在于如何消除或補償固體增益介質中熱積累帶來的熱畸變，即在高功率運行條件下保持光束質量，進行定標放大。通過冷卻方式和增益介質構型的進一步優化，相位共軛、自適應光束凈化、新型諧振腔以及各種補償措施的出現，高功率固體激光器輸出激光性能還將有新的突破。
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