超精密加工装备业的迅猛发展对激光干涉测量技术空间测量轴数和测量精度等提出了更高的指标要求。作为激光外差干涉测量的核心问题,稳频激光光源干涉光的频率准确度、偏振消光比和光功率大小决定了干涉测量系统所能达到的极限相对测量精度和极限测量轴数,然而目前现有的He-Ne稳频激光器,无法同时满足大功率、高消光比的空间分离型双频激光输出与高频率稳定性需求,已成为限制激光干涉测量技术测量性能进一步提高的主要问题之一。为了满足下一代干涉仪高精度高稳定性的测量需求,本课题以非功率平衡型稳频方法为基础,分析影响干涉光频率稳定性和功率大小的影响因素,从稳频激光器散热方法,高稳定性空间分离型干涉测量光路结构等方面研究提高稳频激光器输出干涉光的频率稳定度与输出功率,本课题的主要工作内容如下:(1)针对功率平衡型双纵模稳频激光器输出光功率小的问题,提出基于双纵摸非平衡功率稳频方法。该方法的稳频参考点在双纵模的不等功率处,偏移越大所得到的输出干涉光的功率越大。此外对该方法存在的模式竞争,稳频精度低等问题进行分析,指出影响频率稳定性的因素,为非平衡功率型高频率稳定度激光器的设计奠定理论基础。(2)针对自然散热型激光器存在抗环境温度变化能力差、强耦合水冷散热型激光器散热不均匀和过度散热等问题,提出一种多层弱耦合的水冷散热结构模型。通过现有激光器的散热模型热力学分析,发现激光器抗温度变化特性与热传导系数之间的相关规律,建立弱耦合与强耦合相结合的一体化水冷散热结构,为激光管提供一个温度相对稳定的稳频环境,减小外界环境干扰提高稳频激光器的抗干扰能力,同时弱耦合的方式抑制了水温波动对激光管频率稳定性的影响,达到抑制环境温度及水温应激变化的双重目的。(3)针对双频空间分离型光路易受温度、振动等环境影响发生漂移的问题,首先,提出一种高稳定性空间分离光束指向调整方法与机构,在分析传统与新型空间分离结构优缺点的基础上,设计复式空间分离型光路结构满足小体积、高稳定性的设计原则,并采用高稳定性结构设计抑制光路漂移现象。其次,通过仿真分析优化激光器的整体稳定性,满足光学元器件长期工作稳定性。(4)通过散热结构分析、光路调整结构分析,本课题设计集成了高功率、高频率稳定度的水冷稳频激光器。该激光器具有体积小、功率大的特点,满足多轴高精度测量的需求。对该激光器的性能进行测试。实验结果表明:多层弱耦合水冷散热结构激光器的相对频率稳定度达到91 10/1h-?,1.68 109/24h-?;基于非平衡功率稳频法,激光器最多可获得总功率67%的光功率,比传统双纵模法提高34%的输出光功率。