随着激光雷达、引力波探测和光学原子钟等新技术的兴起和研究的不断深入，光学精密测量覆盖的应用领域的广度和深度都在拓展，传统自由运转的激光器其稳定性难以满足高精密测量的应用要求。超窄线宽、超低噪声和长期稳定的光源已成为该领域迫切追求的目标。光纤激光器具备结构紧凑、易于集成化和极限线宽窄等特点，通过噪声抑制和稳频技术输出超稳定、超窄线宽激光，近年来逐渐成为热点研究方向。本文从光纤激光器的噪声理论出发，介绍了光纤激光器的噪声来源、分类及测试方法，基于噪声理论，分类总结了光纤激光器强度噪声和频率噪声不同抑制技术的原理、发展历程及现阶段进展，并对窄线宽光纤激光器的发展趋势做了展望。

基于超窄线宽激光特性和光源波长扫描技术, 构建了高灵敏度腔增强吸收式乙炔气体检测系统。该系统采用超窄线宽可调谐半导体激光器作光源, 使用两块高反射率平凹透镜组成的光学谐振腔作吸收池, 通过扫描腔长使入射激光频率与谐振腔模式相匹配, 利用激光失谐技术快速断开入射激光, 从而实现对微量乙炔气体浓度的衰荡测量。利用腔增强吸收技术测得了激光衰荡时间和6 518.824 cm-1附近的乙炔弱吸收光谱并进行了分析。结果表明, 乙炔气体浓度线性相关系数优于0.999, 最大相对误差小于2.5%, 极限检测灵敏度为2×10-6; 逐次充入一定体积的乙炔气体, 动态响应时间均小于10 s。该检测系统精确度好、灵敏度高, 具有较好的动态响应特性, 可用于电力变压器故障气体实时在线监测。

基于超窄线宽激光特性和激光器波长扫描技术, 通过对一氧化碳气体近红外吸收光谱的测量及分析, 设计了一氧化碳气体多参数实时在线检测系统。 系统采用超窄线宽可调谐半导体激光器作为光源, 利用气体直接吸收光谱测温法, 实现了一氧化碳气体温度实时检测。 根据所测温度值并结合气体浓度差分检测原理, 实现了一氧化碳气体温度和浓度同时测量。 利用超窄线宽激光器波长扫描技术还测得了不同温度下一氧化碳分子在6 354.179和6 383.09 cm-1附近的吸收谱线并进行了Voigt拟合和分析。 实验结果表明, 系统温度测量最大相对误差小于4%, 长时间稳定性实验, 温度最大相对波动小于3.5%; 系统浓度测量最大相对误差小于5%, 最小检测限为0.05%。 该气体多参数检测系统精确度高、 稳定性好, 可用于电力变压器故障气体状态实时在线监测。

应用超窄线宽半导体激光器的波长扫描和光谱调制技术, 设计了一种高精度多组分气体实时在线检测系统。系统采用单一超窄线宽可调谐半导体激光器作为光源, 设计了新型串联式气室结构减小横向空间、增加光程长, 并通过三角波信号对光源光谱进行调制; 结合时分复用和空分复用技术, 利用超窄线宽激光的特性实现了CO, CO2, CH4多组分气体浓度的同时多点检测。实验结果表明, 对CO, CO2, CH4多组分气体浓度测量的线性相关度为0.99, 最大相对误差<2%; 逐次充入一定体积CH4, CO2, CO气体, 动态响应时间均小于10 s。长时间稳定性实验显示, 多组分气体浓度最大波动<0.02%。该系统精确度高、稳定性好, 具有较好的动态响应特性, 可用于电力变压器故障气体的实时在线监测。