Littman型外腔半导体激光器具有线宽窄、经济性好、体积小、出射光方向固定等优点，既可以在波长变化的调谐模式下输出，又可以在波长恒定的稳频模式下输出。广泛应用于扫频干涉测距、三维形貌测量等领域。精密测量领域中的应用对Littman型外腔半导体激光器调谐及稳频的性能提出了较高的要求，本文从Littman型外腔半导体激光器的机构设计入手，分别针对激光器的调谐控制及稳频控制方面开展研究。
主要的工作与结论如下：
针对Littman型外腔半导体激光器的结构进行参数化设计。分析无跳模调谐范围与激光器结构位置参数之间的联系，建立无跳模调谐范围的数学模型。确定最佳轴心位置及设计允许的误差范围，为激光器的结构设计提供理论依据。从动力学建模的角度对柔性铰链进行参数化设计。设计加工并装配一台Littman型外腔半导体激光器。并搭建调谐实验平台对其进行测试。通过采用同步调谐的实验方法，在扫描频率50Hz下实现108GHz的大范围连续无跳模调谐。
针对同步调谐中输出光频非线性对无跳模调谐范围的影响，基于多光束干涉理论构建Littman型外腔半导体激光器光功率数学模型进行解释，并采用一种柔性铰链末端位移的反馈控制方法对柔性铰链位移滞回特性进行抑制。通过实验验证，在50Hz以下的各扫描频率条件下能有效的抑制了PZT驱动下柔性铰链位移的滞回特性，进而抑制了同步调谐中光频的非线性，在整个扫描周期内大幅提升激光器无跳模调谐范围。
针对Littman型外腔半导体激光器稳频输出时光频漂移与波动的问题，提出一种扫描F-P腔锁相稳频的控制方法，实现光频输出的长时间稳定。该稳频控制方法将光学腔谐振信号相位误差δ的稳定性与波长稳定性联系起来，利用谐振信号相位误差通过PID控制器对激光器进行反馈控制，探讨了激光器内腔电流、外腔PZT驱动电压两种反馈方式的可行性。采用F-P光学腔透射峰值时间间隔的标准偏差作为间接评价指标验证稳频效果。利用这一稳频控制方法使输出光频稳定性提高70%以上，并且可以通过改变PID目标值将激光器稳定在不同的出射波长上。