纳米颗粒作为纳米技术的重要构成要素之一,为新型激光器的发展带来了新的机遇。半导体泵浦纳米气体激光器（Diode pumped nanoparticle gas laser,DPNGL）融合了固体和气体激光器的固有优势,具有全电驱动、结构紧凑和高效流动散热等特点,为高能激光器提供了无限潜力,已成为下一代全电驱动大功率兆瓦级激光器的新思路。目前,虽然仅有的三个专利对这一概念进行了初步描述,但是缺少进一步的深入研究。本文针对这一高能激光新概念开展初步理论研究:1、简介了高能激光器的发展历程及其启示,以此说明DPNGL顺应了高能激光器的发展趋势。给出DPNGL的定义,并总结其优势。2、建立了掺Yb³⁺离子DPNGL速率方程模型。在速率方程中,引入纳米颗粒散射损耗,并对纳米尺度下的荧光寿命和吸收发射截面进行修正。重点讨论了散射损耗、稀土离子掺杂浓度、增益长度和输出耦合镜等对激光器性能的影响。计算结果表明,在较大的参数的范围内,激光器获得超过60%的激光器效率,同时阈值泵浦强度小于4kW/cm²,其中最高斜率效率可达80%。同时,总结了DPNGL中潜在的科学问题,并给出部分问题可能的解决方案。3、基于密度泛函理论,进行了不同Yb³⁺掺杂浓度Y₃Al₅O₁₂（YAG）和YAlO₃（YAP）晶体的第一性原理计算,为下一步计算纳米颗粒和纳米团簇提供了计算标准。计算结果表明,两类掺杂稀土离子晶体中,Y的4d电子态主要贡献形成导带,O的2p电子态主要贡献形成价带。由于选取的PBE泛函对4f电子描述存在缺陷,因此Yb主要由p电子态形成杂质态。带隙随着掺杂浓度的增大而增大。Yb:YAG晶体的吸收谱随掺杂浓度增加出现“蓝移”,且部分结构出现各向异性的现象。Yb:YAP晶体的光吸收谱在500 nm以下的范围内基本保持不变,在500–3000nm范围内强度随掺杂浓度增加而显著增强,同时呈现出各向异性的特征。4、简要介绍了团簇结构预测的常见方法和软件。基于势场,开展了（Yb₂O₃）_n（n=2-9）团簇的结构搜索研究。研究发现团簇结构较小时,最稳定结构呈现较高的对称性,同时异构体的相对能量较小;除了Yb₁₆O₂₄团簇表现出球形结构,当团簇结构较大时,团簇的最稳定结构为“三棱锥”形状。