激光器的小型化是实现超紧凑集成光子回路的重要基础。作为一种兼具增益介质和谐振腔的准一维材料,半导体纳米线在超小型激光器中具有重要应用潜力。通过将单根纳米线放置于绝缘衬底表面而形成的水平纳米线激光器起步较早,发展也较为成熟。相比之下,垂直于外延衬底的纳米线激光器在硅基高密度集成中更具应用前景,成为近年来新兴的研究热点。本论文围绕垂直纳米线激光器开展了相关理论研究,主要研究成果如下:（1）设计了一种底部反射增强的硅基垂直单根GaAs纳米线激光器,利用有限时域差分法研究了不同反射底镜纳米线激光器的阈值增益特性。结果表明,通过在纳米线与衬底之间插入SiO2或空气介质,底部反射率显著提高,直径为300 nm的激光器阈值分别下降了 14和20倍。（2）理论研究了垂直纳米线阵列的模场特性。研究发现,周期性排列的垂直纳米线阵列具有无缺陷光子晶体的特征,带边模式中存在近狄利克雷的表面避免（surface-avoiding）状态,绝大部分光子能量被局域在阵列中心,阵列边缘的光场泄露被强烈抑制。通过优化阵列参数,在晶格常数（即纳米线圆心距）为3倍纳米线直径时,光子晶体的带隙效应显著,光场限制最强。（3）设计并仿真了一种硅基垂直纳米线阵列激光器,对比研究了其与垂直单根纳米线激光器的阈值增益特性。受益于光子晶体的光局域效应,垂直纳米线阵列激光器的截止直径为120 nm,仅为垂直单根纳米线激光器的3/4;在直径为160 nm时,阈值较垂直单根纳米线激光器降低了 80%。