CO2激光器具有输出功率大、能量转化效率高、工作时间长、结构紧凑和重量轻等特点,不仅可以实现连续输出又可以实现高频调制输出,在激光雷达、外差探测以及激光治疗等领域有广泛应用。另外,CO2激光器可以作为THz激光的泵浦源。为获得稳定的THz激光,要求泵浦源的频率稳定在激光介质共振吸收频率处,CO2激光器的频率稳定度直接影响THz激光的稳定输出。因此,如何使CO2激光器输出稳定频率具有重要的实际应用价值和意义,也是本论文的研究重点。CO2激光器自由运转时,由于温度、振动、压强等环境的变化严重影响了激光器的频率和功率稳定度。本文研究了一种二维实时主动补偿激光器腔内环境扰动的方法,利用安装了二个压电陶瓷驱动器的光栅微调镜架,通过控制光栅微位移改善激光器输出光束的功率稳定性。本论文的研究工作主要包括:(1)对CO2激光器的腔长控制稳定技术与光栅调谐稳定技术进行原理分析,并提出二维主动补偿稳定控制技术;(2)对多维最优控制算法进行分析,选用随机并行梯度下降(SPGD)优化算法实现激光器二维自适应稳定控制;(3)完成二维稳定控制系统设计与实现,包括基于FPGA的SPGD算法控制器设计、高速ADC采集板设计和多路DAC板设计;(4)搭建光栅选支CO2激光器稳定控制实验系统,分别进行一维与二维稳定控制实验,并对实验结果进行分析。实验结果表明,在系统闭环工作情况下对CO2激光器某支线进行二维稳定控制,激光功率可长期稳定在极大值处。相比激光器自由运转时,激光功率长期稳定度由0.13左右提高至0.02左右,激光器平均功率提升约10%,该控制方法同样适用于其他类型激光器的稳定控制。