半导体泵浦稀有气体激光器(DPRGLs)作为一种新型激光器，以亚稳态稀有气体为工作介质，利用窄线宽半导体激光作为泵浦源，具有高量子效率、高光学转换效率和优异的大气传输特性等潜在优势，在国防军事和空间能量传输等领域具有重要应用价值。本文重点研究了DPRGLs系统动力学过程，创新性地将电光两级激励与五能级速率方程相结合，分析了Ar/He混合气体相互作用和模式匹配等关键问题，优化设计了放电系统、光泵浦系统和谐振腔系统的关键参量。本文主要内容如下：
　　(1)基于Ar/He混合气体的能级特征与粒子间相互作用，建立了电光两级激励DPRGLs五能级动力学模型。论证了粒子循环速率瓶颈现象与输出激光饱和现象，其本质上是由弛豫碰撞速率不足所导致。分析了DPRGLs系统输出特性，当放电功率和泵浦光功率分别为0.56kW和3.6kW，理论上可实现2kW激光输出，相应的总转换效率为48%，表明DPRGLs具有高总转换效率和高输出功率的潜能。在此基础上开展了直流放电DPRGLs实验，成功实现了Ar/He混合气体的稳定辉光放电，并通过光谱测量得到了低气压DPRGLs增益输出过程。
　　(2)深入分析了DPRGLs混合气体放电激励机制。将玻尔兹曼方程与速率方程相结合，建立了总转换效率与约化电场强度等宏观放电参量关系的数学模型。研究表明工作介质密度随着约化电场强度增大而增大，为了实现亚稳态粒子的高放电激励速率，约化电场强度至少需要8Td。维持DPRGLs稳定运行所需的放电功率密度仅仅由约化电场强度等放电环境所决定而与泵浦光强无关。基于放电激励与粒子循环过程的竞争机制，优化设计了放电激励系统的关键参量，当泵浦光强为20kW/cm2，氩气体积分数为2%，得到峰值总转换效率所对应的最佳约化电场强度为10.1Td。
　　(3)研究了DPRGLs光泵浦特性与结构设计。根据泵浦光功率分配机制可知，提高混合气体气压，能够有效增大亚稳态粒子吸收线宽与峰值总转换效率。对于采用双程端面泵浦方式的常压DPRGLs系统，中心波长为811.5nm，谱线宽度小于0.1nm的泵浦激光，可被亚稳态粒子高效吸收。分析了基于Littrow结构的外腔半导体线宽压缩机制，并创新性地提出了具有高吸收效率的基于射频与镀膜技术的端面泵浦结构，通过提高外腔光学长度、增大光栅反射率以及降低前端面反射率可获得线宽为0.1nm激光输出。
　　(4)研究了谐振腔透射损耗对DPRGLs输出特性的影响。针对特定透射损耗存在DPRGLs模型无法有效求解的问题，建立了两级激励DPRGAs五能级动力学模型。当约化电场强度为10Td，计算得到常压DPRGAs饱和放大因子为20.9dB，峰值总转换效率为42.4%，表明该系统同样具有高总转换效率与高功率输出的优势。进一步分析了稳定平凹谐振腔DPRGLs模式匹配机制，当泵浦光束M2因子为20，对应峰值模式匹配效率可以达到80%以上，此外提高泵浦光束质量可以有效改善DPRGLs模式匹配效率与总转换效率。