传统532 nm波长碘稳频固体激光频标装置虽然能达到很高的频率稳定度和不确定度，但装置比较庞大，不便搬运。而对于一些对激光频率稳定度要求不高的实际应用，如绝对重力仪等，缩小装置的体积以易于搬运，成为更为关注的因素。建立一套小型化532 nm固体激光器，该系统体积小巧，易于搬运。通过与原有碘稳频532 nm固体激光标准装置的进行拍频测量实验，得到1 s的阿伦偏差为2.4×10-12，并计算得到该激光器的频率绝对值为563260223436 kHz，对应的频率不确定度为52 kHz(包含因子k=2)。该系统已被用于中国计量科学研究院的绝对重力仪中。

提出了采用单块折叠法布里珀罗(F-P)腔作为外腔反馈元件实现窄线宽半导体激光器，采用单块腔的光学反馈来锁定外腔激光器, 使用自相位延迟法测量该窄线宽激光器的线宽。实验结果表明，激光器线宽小于35 kHz。实验还观测到由于单块腔耦合面上各耦合点的几何量和物理量误差不一样，随着折叠面兼输入输出耦合面上的耦合点的变化，外腔激光器的线宽发生改变。

将激光器锁定于超稳定法布里珀罗(F-P)腔的腔长上，是目前获得超窄线宽激光输出的重要手段。因此，激光器的频率稳定性依靠于F-P腔腔长的稳定性。振动引起的谐振腔形变是影响超稳定光学谐振腔稳定性的主要因素。利用有限元分析的方法定量地分析了振动环境中两种实验室常用的F-P腔在不同支撑方式下的弹性形变情况。数值计算结果给出了这两种形状的超稳定F-P腔的最优化支撑方式，使其对振动引起的腔长变化达到最小化,使振动环境下的超稳腔腔长变化最小达到10-12 m。

采用基于一体化结构的环形倍频腔,比较了Hansch-Couillaud,Pound-Drever-Hall和内调制3种锁定方法,研究了不同倍频晶体长度和晶体内光束直径分布对倍频过程稳定性的影响。实验结果表明,一体化腔结构有效提高了抗干扰能力和稳定性;使用3种倍频腔锁定方法达到的倍频输出功率的稳定度为3%(其中基频光功率漂移为2%)。实验发现,由于晶体对倍频光的吸收,过长的晶体长度、过小的晶体内光束直径和不合适的光腰位置,可明显影响倍频光的最大倍频功率和稳定性。实验得到的最大461 nm蓝光倍频输出功率310 mW,倍频效率54.8%,净倍频效率71.3%。实验还比较了不同反射率输入耦合镜的耦合率。

实验采用准相位匹配的PPKTP晶体对922 nm连续激光进行外腔谐振倍频，获得稳定461 nm激光。实验装置采用一体化环形腔设计，实现最大耦合转换效率达73.3%，获得208 mW的461 nm蓝光输出。实验结论中通过分析，修正损耗误差，得到最佳耦合腔镜反射率，并深入讨论了耦合腔镜的两种反射率对倍频输出功率和效率的影响，同时就晶体吸收效应和热透镜效应对倍频试验的影响也进行了深入研究。

建立了两套可搬运型碘分子稳频的532 nm固体激光频标装置, 其中一套采用了自行研制的半非平面单块固体环形激光器作为光源, 在该激光器中采用密封隔离罩消除了气压抖动造成的影响。在两套装置中, 利用折叠光路实现了4倍碘室长度的1.8 m的实际光学吸收程, 大大提高了误差信号的信噪比。设计并建立了主动温度反馈控制系统, 有效抑制了电光相位调制器中剩余幅度调制的变化。两套系统频率同时锁定在碘分子的超精细谱线R(56)32-0的a10分量上。连续不间断15×104 s的拍频测量结果表明：1 s采样时间的激光频率稳定度的Allan方差优于2.4×10-14, 大于200 s采样时间的激光频率稳定度的最小Allan方差典型值可达到4×10-15。

实验研究了电光相位调制中剩余幅度调制以及它的变化引起的碘稳频532 nm光频标的频率漂移。观测了电光晶体温度与剩余幅度调制和光频标锁定后激光频率之间的变化关系。研究了利用主动电压反馈抑制剩余幅度调制的实际效果和存在问题。提出并实现了采用主动温度反馈控制电光晶体温度对剩余幅度调制变化的抑制。实验表明,在主动温度反馈系统闭环后,剩余幅度调制基波成分的抑制程度超过40 dB,同时有效地控制了剩余幅度调制的变化。采用该系统后,没有发现产生附加的激光频率起伏。测量的百秒至万秒取样时间的激光频率稳定度可达到或优于5×10-15,明显地改善了碘稳频532 nm光频标的中长期激光频率稳定度。

实验研究了半非平面单块固体环形Nd∶YAG激光器的强度噪声特性和抑制技术。结果表明,弛豫振荡仍是该种激光器强度噪声最主要的来源。噪声峰值频率随抽运和输出功率的增加向高频方向移动,同时噪声峰宽度增加幅度降低,且在峰值频率附近发生180°相位跃变。采用光电反馈方法设计和制作了包含低噪声宽带接收、比例积分微分(PID)调整等单元组成的噪声抑制电路,测量了整个系统及各部分的传递函数,实现了强度噪声的抑制。当弛豫振荡峰值频率为600 kHz时,噪声峰值处和低频区域幅度降低分别接近40 dB和15 dB。

532 nm激光的碘吸收谱线的频率被国际计量委员会(CIPM)推荐用于频率计量标准,激光频率标准对长度和时间的计量是很重要的。碘分子在532 nm附近有丰富的强吸收谱线,可以作为频率稳定的绝对参考谱线。使用532 nm单块固体激光器,在375 kHz新的调制频率下,利用调制转移技术,将激光频率调谐到127I2的R(56)32-0跃迁的吸收谱线,并观察到该吸收谱线相应的15条超精细结构分量。通过展宽的调制谱线可以看出375 kHz的调制频率得到比312 kHz调制频率更高的鉴频敏感度,并在实验上成功地将激光频率稳定在碘的超精细吸收谱线的a10分量上长达10 h,估计稳定度在10-13量级。准确的频率稳定性正在两台激光器上用拍频的方法进行测量。

在半导体激光器抽运的Nd∶YAG晶体半非平面单块固体环形激光器上,采用粘贴压电陶瓷(PZT)的方法实现了快速激光频率调谐。对尺寸为13 mm×14 mm×3 mm的单块激光器粘贴了厚度为0.5 mm压电陶瓷,并观测两台单块激光器之间的拍频信号。当调制频率小于100 kHz时,对压电陶瓷施加峰值为5 V的正弦调制信号,可观测到大于10 MHz的马鞍形展宽拍频信号,对应的PZT调谐系数大于1 MHz/V。当调制信号频率过高时,例如频率大于100 kHz,拍频信号变得非常不稳定,说明激光频率产生了明显的漂移,且拍频信号展宽的形状也发生了变化,拍频信号的中心部分由凹陷变为凸起。实验观测到的调制响应带宽约为100 kHz。