半导体泵浦碱金属蒸汽激光器（DPAL）兼具固体和气体激光的优势，具有量子效率高、气体介质可循环流动散热、近红外原子谱线大气透过性好、全电操作、结构紧凑等特点，有望发展成为新一代高能激光光源。目前，人们对DPAL的功率定标放大能力开展了系统深入的研究，并于近期成功实现了高效的千瓦级连续输出，正处于功率提升的关键发展时期。鉴于此，本文从理论和实验两个方面对铷DPAL开展了研究，主要包括以下几个方面的内容：1、分析了铷原子的光学特性及其与缓冲气体的相互作用情况，在此基础上建立了基于纵向泵浦结构的速率方程模型，并提出具有快速收敛特性和高计算精度的数值算法，对激光器的动力学特性进行了全面的理论分析。结果表明，DPAL的激射过程会显著促进泵浦吸收效率的提高，激光器不是工作于小信号增益状态，而是依靠碱金属原子引擎式的快速循环工作完成泵浦能量的吸收、转移和激光输出的；饱和效应的本质来源于精细结构弛豫速率的不足，可以通过调节缓冲气体种类及分压或者增加碱金属原子密度的方案解决，使激光器工作于接近准二能级状态的线性输出区；作为三能级系统，泵浦强度应远大于阈值强度以有效抑制自发辐射的影响；激光器的操作存在最优温度，该温度下泵浦吸收和荧光损耗之间达到最佳平衡而获得最大的光光转换效率；泵浦强度一定时，采用线宽较窄的泵浦光源和较低缓冲气压的增益介质易于实现高光光转换效率，反之则需要提高泵浦强度才能达到相同的效率，但后者对光谱漂移等因素造成的影响具有更好的容忍度；最后指出纵向泵浦结构中增益长度和温度之间具有等价性，并分析了腔内损耗以及耦合输出率的影响。上述结论对激光器的优化设计具有指导意义。2、对大功率窄线宽半导体泵浦源开展了实验研究。采用Littman外腔结构对单宽面元半导体激光器进行线宽压窄，实现了线宽小于0.06nm功率10W的激光输出，调谐范围5nm，外腔效率60%；对线阵半导体激光器采用复合外腔方案，有效抑制了笑脸效应的不利影响，实现了线宽小于0.1nm功率41W的激光输出，外腔效率53%；最后对线阵半导体激光器采用体光栅方案，获得了线宽0.1nm，功率74W的激光输出，外腔效率达到95%。鉴于体光栅方案具有高外腔效率和结构紧凑等优势，采用该方案作为DPAL的泵浦源。3、对铷DPAL开展了实验研究。首先研究了铷-乙烷-氦气混合增益介质的吸收光谱特性、泵浦吸收特性以及荧光特性，在此基础上采用端面泵浦结构在准连续泵浦模式下进行了出光实验，获得了峰值功率1.4W的795nm铷激光输出，光光转换效率4.8%，斜率效率7.5%，分析认为泵浦吸收不足、低模式匹配因子以及高谐振腔损耗是造成光光效率较低的主要原因，并提出了进一步的解决方案；通过观察升温过程中出射光斑形貌变化研究了激光器的阈值行为；在56W连续泵浦模式下激光器工作了4.4s后窗口损坏，通过拉曼谱分析并结合文献报道，认为铷原子与乙烷发生了化学反应，且窗口材料也可能参与了反应，进一步的分析认为这一现象与局部温升过高有关，良好的热管理可以避免化学反应的发生。4、建立了横向泵浦流动介质DPAL理论模型，通过与文献中实验结果的对比验证了模型的有效性；在此基础上对泵浦、激光和气流方向三者垂直这一结构的高功率定标放大方案进行了研究，结果表明：在保持一定的合理泵浦强度条件下，通过增加介质长度及相应的泵浦功率能够在与热管理解耦的前提下实现按比例功率放大，是未来激光器功率提升的主要方案，宽度和高度方向的设计需要根据热管理、操作温度、输出光斑形状以及泵浦聚焦准直等实际工程因素综合考虑；对单侧、单侧双程以及对称双侧泵浦三种结构进行了对比分析；对兆瓦级DPAL进行了概念设计，在参数基本合理或是短期未来有望实现的条件下预测了输出功率1.7MW光光效率大于85%的结果，进一步理论证实了DPAL未来的发展潜力。5、建立了MOPA结构DPAL理论模型，提出新的用于计算体块状增益介质ASE效应的方法，综合考虑了纵向和横向ASE效应，将其耦合进速率方程进行计算，能够求解出ASE损耗的范围；在此基础上研究了种子光强、泵浦光强及操作温度等重要参量的影响，结果表明采用强注入种子光（~kW/cm2）进行饱和放大能够有效抑制ASE效应，确保其不会成为功率提升的瓶颈性因素；对高功率定标放大方案进行了研究，指出在固定泵浦强度下延展介质长度及相应泵浦功率将是最优选择方案。