超稳激光是精密测量领域的关键工具，其频率稳定度很大程度上取决于频率锁定稳定度。笔者理论研究了干涉效应对锁频误差信号的影响，并通过实验研究了降低干涉效应的方法，以提高激光的频率锁定稳定度。经过优化后，锁频系统的锁定稳定度相对于参考腔线宽达到了9×10-7。在参考腔线宽为21 kHz（精细度为7.5万）的情况下，将1.5 μm激光的频率稳定度锁定到4.0×10-16水平，接近10 cm参考腔的热噪声极限。本文所提降低干涉效应的方法是研制稳定度高达10-17水平的超稳激光器的重要参考。

针对Pound-Drever-Hall（PDH）技术存在的线性动态范围窄、抗干扰能力弱的问题，提出一种基于双调制深度+双误差信号的PDH稳频方法。首先采用数字正交解调技术精确提取干涉信号相位以实现本振信号相位和干涉信号相位的自动匹配；然后利用透射功率信号Ptran和传统误差信号SPDH构建一个新误差信号Spre，以扩大PDH稳频系统的线性动态范围；接着，采用大调制深度对应的新误差信号Spre实现快速捕获和预锁定；最后，采用小调制深度对应的误差信号SPDH实现精确锁定。锁定后，可根据Ptran幅值变化自动切换调制深度和误差信号，实现大线性动态范围和高灵敏度的PDH稳频。研制了基于现场可编辑逻辑门阵列（FPGA）的稳频控制系统，对法布里-珀罗腔进行了锁定测试。实验结果表明，双调制深度+双误差信号的自适应锁定机制可极大地提高锁定系统的抗干扰能力，且锁定精度高，3小时腔长相对稳定度达5.72×10^-9，所提方法可以广泛应用于激光频率/谐振腔锁定等领域。

为了实现高精度绝对距离测量，提出了双腔双频Nd∶YAG激光器（TCDFL）合成波绝对距离干涉测量方案。以正交解调Pound-Drever-Hall稳频的大频差TCDFL作光源，采用马赫-曾德尔干涉仪结构，设计了双频激光合成波绝对距离外差干涉测量系统，获得了两路同频外差干涉信号，对其进行比相测量，得到合成波干涉条纹的小数级次；对被测距离进行粗测，可唯一确定合成波干涉条纹的整数级次，从而实现绝对距离测量。建立了频差为24 GHz的二极管泵浦1064 nm正交线偏振TCDFL合成波长标定与绝对距离干涉测量实验系统，实验结果表明：空气中的合成波长标定值为12.4614 mm，其标准差为0.13 μm；当被测绝对距离为900 mm时，其重复测量平均值为899.3851 mm，标准差和测量不确定度分别为1.36 μm和4.08 μm。该实验研究为今后研究开发超精密绝对距离干涉测量仪奠定了坚实基础。

利用超稳腔PDH(Pound-Drever-Hall)稳频技术,对自研的分布Bragg反射(DBR)单纵模光纤激光器稳频,获得亚赫兹线宽超稳激光的稳频结果。通过优化腔结构参数,辅以绝热封装和精密温控等措施,并在腔内设置可快速宽范围调谐激光频率的压电陶瓷(PZT),研制出了可满足超稳腔PDH稳频要求的自由运转DBR光纤激光器。基于腔长为10 cm、精细度为360000的超稳光腔频率为参考频率,PDH稳频后光纤激光器的1 s和100 s频率不稳定度分别达到了6×10 -16和8×10 -15,频率噪声降低至8×10 -3 Hz 2/Hz@1~10 Hz,激光线宽窄至280 mHz,由此表明研制的光纤激光器可用于构建亚赫兹线宽超稳激光光源。

为克服传统Pound-Drever-Hall（PDH）激光稳频方法的缺点，设计了正交解调PDH激光稳频系统。该系统采用同一直接数字频率合成器(DDS)同步产生三路同频正弦信号，一路作为本振信号驱动电光调制器产生激光相位调制边带，另外两路相位差为90°的信号作为解调参考信号。采用两个模拟解调器分别获得误差信号的同相分量和正交分量，对其进行数字化采集和相敏检波运算，即可获得稳频系统的误差信号。通过正交解调PDH激光稳频关键技术研究，建立了激光频率跟踪实验系统。实验结果表明，Fabry-Perot (F-P)参考腔可以实时跟踪激光频率变化的功能，跟踪时长约1 h。