为满足星载二氧化碳激光雷达对种子光源频率长期稳定的需求, 基于自由空间体吸收池结合频率调制光谱技术的方法建立了激光稳频理论模型, 通过仿真优化系统设计参数搭建了一套稳频激光器, 研究了体吸收池引入的多光束干涉噪声, 通过调整调制频率为吸收池干涉条纹自由光谱范围整数倍的方法抑制了干涉噪声的影响, 实现了激光器频率抖动峰峰值约为150kHz, 长期频率稳定度在10000s时低于1×10-11, 满足了星载激光雷达的应用需求。

传统的1064 nm稳频激光器虽然能达到很高的频率稳定度和不确定度,但其体积比较庞大,系统设计比较复杂。而对于一些激光频率稳定度要求不高的实际应用,如高光谱分辨率气溶胶探测激光雷达,系统简单与缩小体积应该是更受关注的因素。利用碘分子吸收谱线并结合频率调制光谱技术建立了一套小型化的1064 nm稳频激光器,该系统结构紧凑。通过高稳定的波长计进行监测,测量频率稳定后的激光器在10000 s时的阿伦偏差精度小于0.1 MHz。该稳频的1064 nm激光器系统已被用作高光谱分辨率气溶胶探测激光雷达单频脉冲光源的种子激光器。

宽带波导型电光调制器(EOM)可以施加多个频率射频信号，通过3个频率的合成，在激光载波上调制出3对边带。利用这3对边带某一侧的3个频率信号进行Pound-Drever-Hall(PDH)频率锁定实验，通过调整其中某一个频率信号的相位，可以实现对频率锁定误差信号基线的调整。频率锁定系统中的剩余幅度调制(RAM)噪声同样造成误差信号基线的漂移，通过主动反馈控制系统调制频率信号的相位，实现了对剩余幅度调制噪声的抑制。实验表明，在主动反馈系统闭环后，对剩余幅度调制噪声的抑制程度达到30 dB以上，并有效地抑制了噪声漂移。

激光光谱技术由于其高灵敏、 高分辨、 可在线检测等优点被广泛的应用与痕量气体探测领域， 而频率调制光谱（FMS）技术由于其除了探测灵敏度高的优点外且可同时探测气体样品的吸收和色散， 通常还被应用于原子分子物理、 量子光学等领域。 发展全光纤FMS可以在保持气体探测灵敏度的同时有效简化实验装置， 然而FMS是一项偏振态敏感技术， 光纤温度变化等引起不适当的偏振态变化会诱发残余幅度调制（RAM）， 该RAM不仅使FMS线型扭曲， 同时对其色散信号产生直流偏置， 因此研究光纤温度对RAM特性的影响具有非常重要的意义。 研究首先通过理论和实验验证了相位可控波片模型解释保偏光纤特性的可行性， 然后实验测量了进入电光调制器（EOM）前保偏光纤温度对RAM的影响， 发现由RAM引起的色散光谱直流偏置随温度呈正弦变化， 且在24和26.8 ℃时直流偏置为零， 即无RAM的状态， 然而基于温度的直接RAM消除无法替代Wong-Hall提出的伺服反馈控制来实现其长期抑制， 这种温度诱发RAM的变化也是所有FMS色散信号背景漂移的主要原因。

频率调制光谱(FMS)技术不仅可以用来同时测量原子和分子的吸收和色散, 还是噪声免疫腔增强光外差分子光谱（NICE-OHMS）的关键技术, 由于光纤器件的引入或光源输出光的偏振态不稳定等因素会诱发残余幅度调制(RAM), RAM的产生使得FMS技术在痕量气体检测中的应用受到极大的限制, 因此研究光纤FMS中RAM的特性具有非常重要的意义。 研究首先通过理论分析了无吸收时的FMS信号的线型及RAM的影响因素, 实验测量无吸收时输入偏振方向和输出偏振方向及电光调制器(EOM)温度对光纤FMS中RAM的影响, 均与RAM存在线型关系, 验证了理论分析结果, 并为RAM的抑制工作以及基于RAM的其他应用提供了依据。

采用射频频率调制光谱(RF-FMS)和调制转移光谱(MTS)将1560 nm分布反馈激光器经MgO:PPLN波导高效倍频后锁定于87Rb原子D2线超精细跃迁。比较了两种方法的原理、谱线以及锁频结果。激光器自由运转30 min的典型频率起伏为8~10 MHz，采用RF-FMS和MTS锁频30 min的频率起伏均方根分别为±135 kHz和±85 kHz，这主要是由于后者的信噪比高，谱线完全无背景。采用MTS方案，搭建了一套结构紧凑、性能稳定的1.5 μm光纤通信波段激光稳频系统。

基于调频光谱原理，提出一种可用于在线测量的表面等离子体共振光纤传感器结构。理论分析、数值仿真和实测结果表明，基于表面等离子体共振效应的光纤传感头，相当于具有中心对称吸收谱的吸收介质，且吸收峰中心波长随待测折射率的增加而红移；基于此吸收谱函数，以微分光谱替代直接光谱测量,可有效克服吸收峰处一阶微分谱为零对测量灵敏度的消极影响；参考光路及闭环负反馈结构的引入，可有效抑制源于光源和光路中光强波动等的影响。以镀有50 nm厚金薄膜的多模石英光纤组成传感头，搭建相应的闭环系统，对折射率为1.33000～1.43000范围内不同液体进行折射率测量，并与阿贝折射率仪、光纤光谱仪及理论仿真结果进行比较。结果表明, 在1.33200~1.37580 RIU(RIU表示单位折射率)范围内，测量精度可达0.00016 RIU，与波长分辨率为0.4 nm的光谱仪测量结果精度相当；在1.37500~1.42640 RIU范围内，测量精度可达0.00071 RIU，优于0.00090 RIU的光谱仪测量结果，较好地验证了该方案用于在线测量的可行性和检测结果的可靠性。

提出了一种基于残余幅度调制确定频率调制光谱探测相位的方法。基于理论分析得出当频率调制光谱系统存在残余幅度调制且无样品气吸收时，光谱信号与探测相位的余弦成正比，可直接确定探测相位。通过采用低频电压控制电光调制器提高了探测相位的测量精度，通过与有吸收时频率调制光谱线型拟合获得的相位进行对比，偏差控制在0.04 rad（2°）以内，证实了该方案的可行性，提高了探测相位的测量速度。

由电光调制器（EOM）中双折射效应及线偏光不完全沿EOM调制方向诱发的残余幅度调制(RAM)使频率调制（FM）光谱技术在微量气体检测中的应用受到极大的限制。 基于光场与晶体相互作用及光学干涉原理推导出存在RAM时FM光谱的线型表达式, 确定出输入线偏光角度、 EOM中双折射效应、 FM系数等是影响线型的主要因素, 且当入射EOM光的偏振角度偏离调制方向越大, 双折射效应引起的特征偏振方向相位差越大, 线型扭曲越严重; 同时在FM色散光谱中存在一个受两者影响的直流偏置; 最后给出通过伺服控制这两过程可以达到抑制RAM的目的。 这些现象及线型的分析将为基于光纤器件的FM光谱提供必要的理论支持。

频率调制(FM)光谱技术中由于激光偏振态变化产生的残余幅度调制(RAM)使其在微量气体检测中的应用受到极大的限制。理论上详细分析了这一过程产生的原因，获得了存在RAM时FM光谱线型的表达式，同时给出N.C.Wong和J.L.Hall(W-H)方案抑制RAM后的FM光谱线型表达式；在实验上通过对乙炔气体的测量获得了存在RAM时的光谱线型，同时采用W-H方案对RAM进行了抑制，并获得了优化的光谱线型；最后基于理论结果对实验线型进行了拟合，两者差值小于信号峰峰值的4%。