激光谐振腔的稳定性问题是影响激光器性能的重要研究课题,传统的谐振腔激光器对腔镜的失调非常敏感。本文研究使用猫眼谐振腔提高氦氖激光器的稳定性,及两种基于猫眼谐振腔氦氖激光器的新型位移传感器。本文的实验证明,在半外腔和全外腔结构的氦氖激光器中应用猫眼谐振腔后稳定性得以大幅度提高,其反射镜的最大允许失调角度比普通反射镜分别提高了10倍和60倍,功率漂移显著减小;当保证猫眼逆向器的凸透镜中心位于激光增益管的毛细管轴线上时,可以实现猫眼谐振腔的免调试实验,并以此为基础成功研制了半外腔和全外腔结构的免调试氦氖激光器;调整猫眼逆向器中凸透镜与凹面镜的间距可以改变输出激光的横模状态,从而保证基横模输出。对猫眼谐振腔氦氖激光器开展了深入的理论分析,包括用等价共焦腔理论分析了猫眼谐振腔中的高斯光束特性;用几何光学和矩阵光学的方法、并借用失调灵敏度参量的概念分析了猫眼谐振腔的失调特性;分别研究了尺寸误差和离轴误差对谐振腔特性的影响;对谐振腔中插入楔形元件后对谐振腔性能的影响进行研究;用牛顿-柯特斯公式求解衍射积分方程的方法分析了猫眼谐振腔的横模选择现象。各种理论分析与实验结果符合的比较理想。“位移自传感激光器系统”是猫眼谐振腔氦氖激光器应用于位移传感领域的成功范例。本文为解决仪器的长期稳定性问题做了诸多改进,使之成为能真正应用于工业领域的较成熟仪器,并将其用途拓展,可用来测量绝对量块厚度和标定电感测微仪的精度和线性度。本文提出、设计了“猫眼折叠腔”并以此为基础研制了“猫眼折叠腔——位移自传感激光器系统”。论述了其工作原理、两种结构方案和制作过程;理论分析并用对比实验验证了“猫眼折叠腔”相比普通的猫眼谐振腔更具稳定性;用该仪器进行了实际位移测量,获得了稳定而理想的两正交偏振光的功率调谐曲线;用HP5529A激光干涉仪对该仪器做了标定,证明现有仪器的分辨率为39.55nm,量程为14.4mm,线性度误差为4.2×10-5;对测量结果进行了误差分析,并提出了新电箱的设计方案。