双频激光器作为精密测量系统的核心元件,一直是世界各国研究的热点。一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器具有大频差输出且频差可调谐等特点,在精密测量领域有着重要的应用价值。本文对其展开了系统全面的物理特性研究,为其作为激光加速度计传感元件和应用于微纳力值传递标准技术提供了研究基础。论文首先总结了双频激光器的特点、种类和发展现状。回顾了双频氦氖激光器、双频微片激光器以及双纵模半导体激光器的研究现状。介绍了一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的结构优势及应用,指出对其进行深入研究的必要性。其次,介绍了激光器的基本结构和工作原理,测试了激光器的基本输出特性,结果表明:激光器输出光可以工作在基横模双纵模的模式状态;在工作电流为0~3mA范围内,输出光功率与工作电流呈线性递增关系,且最大输出光功率为0.64mW;输出光为正交线偏振光;输出频差闭锁阈值为12MHz;长期频差漂移3MHz,短期频差漂移0.75MHz。再次,实验研究了激光器的光强调谐和频差调谐特性。测试了不同频差大小下两束光的光强调谐曲线和产生的拍频变化,理论上分析和总结了影响光强调谐曲线的因素和机理。研究表明:激光器腔内各纵模的单程增益与损耗、自饱和效应与互饱和效应是影响光强调谐曲线变化的主要因素。测试结果说明:激光器的输出频差范围为12MHz~1038MHz。最后,利用ANSYS有限元软件建立了激光器的热力学模型。通过ANSYS仿真得到了激光器腔体在稳态和瞬态情况下的温度场分布,采用红外热像仪拍摄腔体表面的实际温度值,与仿真结果对比,二者的温度值差异小于1%,说明建立的仿真模型准确可靠。研究表明:激光器启动2小时后达到稳定状态,整个过程中热量逐步从增益区向非增益区传导;当激光器温度分布稳定时,腔体存在明显的温度梯度分布,其中上表面区域温度梯度最大;表面温度最高点位于阴极附近,最低点位于远离增益区的P子腔下表面;两子腔腔内温度差值为0.433℃,引起的频差漂移量为0.58MHz,激光器两子腔随时间变化产生的温度差及其变化仍是目前制约激光器输出频差稳定性的主要因素。