近年来，随着工业化进程的不断发展，大气温室气体浓度的升高、雾霾现象的加剧，使人类的生存环境变得更加恶劣。CO2、气溶胶分别作为温室气体、雾霾的主要成分，影响着全球气候及人类健康，其浓度及分布的精确探测日益重要。星载激光雷达以其可全球，全天，高精度探测等优点为CO2和气溶胶探测提供了有效手段。笔者所在实验室正在研制一套多波长激光雷达，可同时输出波长为1572nm、1064nm及532nm的脉冲激光，计划同时测量大气CO2柱状浓度及气溶胶光学厚度。测量CO2浓度采用积分路径差分吸收(IPDA)的方法，气溶胶光学厚度探测采用高光谱分辨率的方法。两种探测方法均需要高频率稳定高能量的单纵模脉冲激光光源。这种光源目前一般采用种子注入技术或者主振荡-功率放大器(MOPA)放大获得。因此种子激光器的频率稳定性对激光雷达探测CO2及气溶胶浓度来说至关重要。本文针对多波长激光雷达的1064nm、1572nm两个种子激光器的频率稳定性进行了研究。从稳频理论模型、分子谱线模型、稳频系统、频率稳定相关实验四个方面对种子激光器稳频进行了详细的分析、测试和研究。利用该稳频激光器构建了一套IPDA激光雷达CO2浓度探测地面验证装置，对其原理、系统、实验结果进行了详细的介绍和研究。本文的主要研究内容如下:　　1、1572nm种子激光器的频率稳定性　　(1)针对星载IPDA测量CO2浓度的应用要求，对其1572nm种子激光器的稳频系统进行了优化设计。本文梳理了用于online、offline激光器稳频的光学锁相环技术原理，用于参考激光器稳频的频率调制光谱技术的方法和理论基础。建立了用于参考激光器实现稳频的数学模型，通过建模仿真分析了吸收池气压，调制频率，调制深度对用于稳频反馈的误差信号的影响，得到了用于参考激光器稳频的最佳工作参数:调制频率130MHz，调制深度2.4，吸收池气压40mbar。对后续参考激光器的设计提供了重要指导。　　(2)研制了IPDA种子参考激光器的系统样机，详细介绍了其光学部分，电子学部分，软件部分，并在样机的基础上进行了相关测试。对比了仿真结果与测试数据，证明了建立的参考激光器稳频数学模型的正确性。针对自由空间吸收池和电光相位调制器内存在的多光束干涉(MPI)效应引起的干扰，提出了一种简单且有效的方法抑制MPI噪声的影响。通过拍频的方法进行了频率稳定性测试，证明了该参考激光器在24小时监测时间内实现了频率波动均方根值小于25.62kHz，在积分时间10000s处阿伦方差值小于1×10-10，长期频率稳定性满足了设计指标。针对稳频激光器工作环境温度剧变引起的频率跳变现象，研究了系统中电学、光学器件的性能随环境变化引起的激光频率抖动误差，提出了对各器件工作环境的需求。　　(3)在种子参考激光器实现频率稳定后，研制了种子online、offline激光器的锁频，介绍了锁相系统的光学部分，电子学部分，软件部分，通过拍频的方法对其进行了频率稳定性测试，证明了online与offline激光器在lh监测时间内实现了频率波动均方根值小于300kHz，满足了设计指标。　　2、1064nm种子激光器的频率稳定性　　(1)针对星载高光谱分辨率气溶胶探测的应用需求，对1064nm种子激光器稳频系统进行了优化设计。建立了基于频率调制光谱技术实现1064nm种子激光器稳频的数学模型，通过建模仿真分析调制频率，调制深度对用于稳频反馈的误差信号的影响，得到了用于1064nm种子激光器稳频的最佳工作参数范围:调制频率0.1-0.3倍的吸收线的多普勒半高宽度，调制深度2.2-2.8。对后续其稳频激光器的设计提供了重要指导。　　(2)研制了1064nm种子激光器的系统样机，对其光学部分，电子学部分，软件部分进行了介绍，并在样机的基础上进行了相关测试。对碘分子的1109线线宽、PPLN的转换效率及温度特性进行了测试，对比了仿真结果与测试数据，证明了建立的1064nm种子激光器稳频数学模型的正确性。使用波长计对其频率稳定性进行了测量，证明了该激光器在30分钟内频率波动均方根值小于2MHz，满足了设计指标。　　3、地面IPDA激光雷达CO2浓度测试　　深入研究了IPDA激光雷达探测CO2浓度的反演算法。研制了一套地面IPDA激光雷达CO2浓度探测系统装置，针对激光发射单元、回波接收单元、数据采集与处理单元进行了介绍，并在系统装置的基础上进行了相关测试。通过注入offline-offline测试得到系统固定光学厚度误差为0.005。通过注入online-offine测试得到CO2浓度为432.71±2.42ppm，系统测量精度达到了0.56％，并与单点测试仪结果进行了比较。