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半导体泵浦稀有气体激光器（DPRGL）是通过半导体激光泵浦放电惰性气体实现激光输出的混合泵浦激光器,被视为碱金属蒸气激光器的潜在替代方案,可以有效防止碱金属激光器镜片污染问题,具有量子效率高、光束质量好、适合大气传输等优点。相对较低的亚稳态能级间碰撞弛豫速率降低了粒子数循环率,DPRGL难以获得高功率激光连续输出,针对这一问题,本文以Ar/He混合气体为工作介质,采用五能级结构对DPRGL中的关键科学问题进行深入研究。主要内容如下:（1）从简化J-l耦合产生的复杂激发态氩原子能级出发,深入研究了基于五能级结构的DPRGL运行机制。实验探索了DPRGL直流放电特性,测得放电等离子体中激发态氩原子跃迁光谱与NIST数据库中氩原子激发态跃迁过程吻合。（2）结合亚稳态氩原子吸收线宽的压力展宽机制,研究了Littrow结构半导体激光外腔的线宽压缩方法以及相应的泵浦模块结构。通过增加外腔长度、减小半导体有源区输出端面反射率和增加光栅衍射效率等方式获得与压力展宽后的亚稳态氩原子吸收线宽（FWHM）相匹配的0.04 nm（20 GHz）半导体激光输出;针对传统端面和侧面泵浦结构中泵浦光与有效工作介质碰撞概率较低而导致泵浦效率不高,提出了基于射频板条放电的多程泵浦结构,提高吸收效率。（3）提出了电、光两级泵浦方法,重点研究了基于五能级结构的DPRGL动力学过程以及功率定标放大的可行性。针对DPRGL放电效率较低以及以往三能级模型不能更好反应DPRGL运行机制的问题,基于粒子数守恒和能量守恒原则,采用端面双程光泵浦,提出五能级结构DPRGL模型,分析了两级泵浦DPRGL系统及连续运行过程中能量损失机制。研究表明,对于一个大气压Ar/He混合气体,可以通过增加折合电场和Ar分压比重的方式来提升Ar（1s5）粒子数密度,实现DPRGL连续稳定输出;通过优化参数实现总效率为51.5%、光光转换效率为62.5%、功率为100 kW的DPRGL连续激光输出。仿真结果表明,两级泵浦、五能级运行,可以实现高效率、高功率的DPRGL连续输出。（4）针对目前国际上采用单腔端泵DPRGL难以获得高功率输出的问题,首次探索了基于MOPA结构放大方案。研究表明与单一振荡器相比,DPRGL种子光可以加速总粒子数的再循环率,增加了粒子数使用率,有利于获得更高功率的输出;仿真结果表明,MOPA结构有利于获得高功率激光输出。（5）为了获得更高的单一谐振腔DPRGL输出功率,建立了单侧面双程泵浦结构的DPRGL模型。从理论上分析了主要参量对系统输出特性的影响,给出了基于“端泵算法”的迭代数值求解过程;通过优化工作介质尺寸和合理的半导体泵浦参数,并结合多路对称泵浦、多折腔、介质流动循环散热以及多级MOPA放大在内的定标放大结构,可以实现高效率、高光束质量的兆瓦级激光输出。本文深入探索了DPRGL粒子跃迁机制,采用合理的放电结构和光泵浦结构,对于实现高效率、高功率DPRGL连续激光输出,具有重要的学术意义和应用前景。