微电子、光电子装备业的迅猛发展,对测量系统的测量精度,测量速度等指标提出了更高的要求,双频激光干涉测量技术以其非接触、可溯源、高精度等特点成为目前超精密测量技术的主流技术手段。作为双频激光干涉测量技术的核心部件,双频激光光源的波长稳定度、复现性、频差的大小直接决定了测量所能达到的最高精度与最高测量速度。本文详细分析了双频激光光源研究现状,总结了大频差双频激光光源的优缺点,并以性价比最高的纵向塞曼稳频激光器为研究对象,针对国外大频差高稳定性双频激光光源技术的封锁与国内纵向塞曼双频激光器频差低、频率复现性差的问题,研究一种高稳定性、大频差分裂纵向塞曼激光器。通过塞曼频差分裂与磁场关系的分析,磁场模型的建立,纵向塞曼激光器机械结构、光路结构、控制电路的设计与优化,提高塞曼稳频激光器的频差与频率复现性。论文主要完成工作如下:首先,针对国内纵向塞曼激光器双频频差小、频率稳定性差的问题,分析塞曼频差分裂与磁场关系,根据磁场均匀性要求确定空心圆柱永磁体结构,并利用等效电流模型来建立空心圆柱体永磁体的磁场模型,最后优化特定激光管的磁体结构参数,确保塞曼分裂所需磁场的强度与均匀性,以此来提高塞曼稳频激光器的频率稳定度。其次,针对现有塞曼稳频激光器温度测量模块不能准确反应激光管腔长随温度的变化关系,而导致频率复现性差的问题,提出基于加热薄膜电阻热效应的激光管复合式加热与测温方法,在激光管管壁粘贴加热薄膜作为加热元件,通过检测加热薄膜的电阻变化,来表征激光管表面的真实温度,在此基础上重新设计预热阶段的程序,使得纵向塞曼激光器进入稳频时间缩短,稳频时预设温度点一致,以此来提高纵向塞曼激光器的频率复现性。最后,设计纵向塞曼激光器所需的机械结构、光路结构和部分电路,集成大频差纵向塞曼激光器。为验证所设计模块及集成激光器的性能,搭建系统实验平台,完成磁场模块,光路模块及电路模块的测试,并对系统的频差、频率稳定度和频率复现性进行测试。实验结果表明,所研制激光器塞曼频差为3.6MHz,2h内频率稳定度达到2.1×10^-9,10天内频率复现性为8.4×10 ^-9。