在铷原子气室中实现了饱和吸收谱稳频法和消多普勒的双色谱稳频法, 以给在建的原子干涉重力仪系统选择合适的激光稳频方法。介绍了两种稳频方法的基本原理及实验细节。通过调整光路设计、自制低噪声光电探测器以及应用数字锁定模块, 获得了良好的鉴频误差信号。每种方法都搭建了两套稳频系统并在3 000 s采集时间内保持锁定。激光器在经饱和吸收法和消多普勒双色谱法锁定后, 激光频率波动分别为16.2 kHz和31.4 kHz, 相应于在10 s采样时间下分别获得4.21×10-11和8.18×10-11的频率稳定度; 相比之下, 激光器自由运转时, 频率波动和稳定度分别为629 kHz和1.64×10-9。在原子重力仪系统小型化的需求下详述了两种稳频方法的优缺点, 比较而得消多普勒的双色谱稳频法在原子干涉重力仪的小型化模块化发展方向不失为具有潜力的一种选择。

设计并实现了一种低功耗、小型化、可长期稳定运行的自动稳频激光系统。通过设计并实现高效率、低纹波的电压源，较大幅度地降低了整个系统的功耗和体积；通过设计并实现高性能温度控制电路、电流控制电路和稳频电路，得到了线宽较窄、频率稳定度较高的输出激光。该系统能够自动长期稳频，输出激光线宽约为1 MHz，稳定度指标为秒稳定度1.43×10-10，十秒稳定度3.90×10-11，百秒稳定度1.28×10-11，千秒稳定度2.25×10-11。在稳定度略优于商用外腔半导体激光器的前提下，该激光系统电源体积缩小了约85%，整机功耗降低了约90%，为实现半导体稳频激光系统的低功耗和小型化提供了一种新的方案。

实现了一种新的稳频方案。通过对饱和吸收信号进行检测，得到半导体激光器频率的变化量，利用温度粗调、电流细调的方法对半导体激光器进行稳频，根据此思路设计了基于单片机控制的稳频系统的硬件电路及软件辅助锁频程序。经实验验证，该系统实现了开机自动稳频，已经连续稳定工作超过180天，得到秒级稳定度4.57×10-11，千秒级稳定度3×10-12，近万秒级稳定度2.78×10-12的稳定度指标。为实现稳频半导体激光器的小型化和模块化提供了一种途径。

介绍了利用腔外饱和吸收谱的三次谐波和五次谐波稳频方法对半导体激光器进行稳频的原理,分析了使用这两种稳频方法对半导体激光器进行稳频时所得到的激光频率短期稳定度的理论估算方法,提出了通过选取最佳调制深度来优化短期稳定度的方法和原理,并在理论上比较了两种稳频方法得到的短期稳定度的差异。然后讨论了半导体激光稳频电路系统的设计,并利用该电路系统,分别用三次谐波和五次谐波稳频的方法将半导体激光器的频率锁定在的87Rb饱和吸收的F=2→F′=3,1线上,并使用我们提出的短期稳定度优化方案进行稳定度优化,通过对误差信号的分析,估算出的频率稳定度达到10-12的量级,使用采集到的误差信号在实验上比较了两种稳频方法所得的稳定度的,其结果和理论基本吻合。