To ensure the frequency accuracy of a heterodyne laser source in the ambient temperature range of -20°C to 40°C, a dual-longitudinal-mode thermally stabilized He–Ne laser based on non-equilibrium power locking was designed. The ambient adaptive preheating temperature setting scheme ensured the laser could operate normally in the range of -20°C to 40°C. The non-equilibrium power-locked frequency stabilization scheme compensated for the frequency drift caused by different stabilization temperatures. The experimental results indicated that the frequency accuracy of the laser designed in this study could reach 5.2 × 10^-9 in the range of -20°C to 40°C.

为满足精密测量对高稳定激光单色光源功率的要求，研制了全封闭、一体化结构的高功率碘稳频He-Ne激光系统。对该系统所采用的饱和光谱探测原理、吸收峰识别与锁定方法以及激光波长的稳频效果进行了研究。首先，介绍了三次谐波方法探测饱和吸收光谱的基本原理，分析了其消除功率背景的方法。接着，分析了碘稳频激光中一体化谐振腔的稳定性，详细讨论了谐振腔轴向膨胀和横向非对称形变对输出功率的影响。然后，分析了激光输出功率与碘分子饱和吸收峰之间的对应关系，介绍了利用二次谐波信号实现吸收峰识别的可行性，并展示了高稳定谐振腔的长时间锁定能力。最后，分析了高功率碘稳频He-Ne激光波长的稳定度与复现性。实验结果表明：高功率碘稳频He-Ne激光波长抖动标准差为33 kHz，1 000 s稳定度达到4.1×10⁻¹³；三个月内激光波长的复现性达到3.3 kHz （7.0×10⁻¹²），与国际计量委员会推荐的频率差为3.0 kHz。

频率差可调的加力型频率分裂氦氖激光器具有广阔的应用前景，目前鲜有关于该激光器频率差热漂移的具体报道，但它是一个重要的应用指标，特别是在光刻机用干涉仪中需要重点关注。采用弹性加力法对双折射-塞曼氦氖双频激光器进行频率差赋值，详细观察了频率差在开机漂变阶段、过渡阶段及稳定阶段状态的变化过程， 给出了频率差对开机时间的曲线。实验表明稳频作用下的频率差的稳定性优于23 kHz/h，重复性优于130 kHz。此外还就不同结构或材料的弹性加力元件对频率差的影响进行了对比分析，实验表明系统温度分布的均匀性和稳定性对频率差热漂移起重要作用。

为研究在不同方向移动的金属薄膜边缘的干扰情况下谐振激光模式的改变现象，调节定制的氦氖激光谐振腔产生高阶高斯光束，用金属薄膜边缘进行干扰，并用CCD相机对光束的演变过程进行详细记录。随着金属薄膜边缘沿X和Y正方向上位移的增加，出射的激光模式由高阶向低阶模式演化，然后变成基模，变弱直到消失。原始激光模式的阶数越高，它的演化模式光斑形状越丰富。当用金属薄膜上方边缘向Y轴正向缓慢移动进行干扰时，激光模式的演化规则是最后趋于沿X轴的分裂模式；当用金属薄膜的左侧边缘向X轴正向缓慢移动进行干扰时，激光模式的演化规则最后趋于沿Y轴的分裂模式。