自由运转的半导体激光频率是一个随时间变化的不规则量，在半导体激光器的实际应用中要求输出激光的单色性好、线宽窄、频率稳定性高，因此需要通过各种技术对半导体激光进行压窄线宽和稳频，提高半导体激光器的性能。激光技术的提高与完善使得光谱学领域发生了巨大的变革，基于强光与物质相互作用的非线性光谱效应与非线性光谱技术就此产生，统称为非线性光谱学。非线性光谱具有高光谱分辨率、高探测灵敏度、高光谱选择性、高时间分辨率和高空间分辨率等特点，具有广泛的应用价值和应用前景。原子滤光器是基于原子吸收发射和内部能量和偏振转换的物理过程的一种滤光器件，与干涉滤光片和双折射滤光片相比，具有接收角大、带宽窄和滤光效率高等优点，在红外探测、遥感、激光雷达和空间光通信等领域有着非常重要的应用。　　本文研制了455 nm半导体激光器，并分别运用光栅反馈技术和平面镜反馈技术对激光线宽进行了压窄，然后利用该激光器产生455 nm可调谐激光，观测铯原子455 nm跃迁的各个精密激光光谱和法拉第反常色散原子滤光器的透射信号。在精密激光光谱实验中，得到了线宽非常窄的饱和吸收光谱信号，其中6S1/2，F=4→7P3/2，F=4，5跃迁的线宽为1.40 MHz，6S1/2，F=3→7P3/2，F=2，3跃迁的线宽为1.67 MHz，均非常接近激发态能级7P3/2的自然线宽1.2 MHz，是国际这条谱线最窄线宽的实验结果。文中同时观测了铯原子455 nm跃迁的极化谱、多普勒谱和荧光谱等信号。在荧光谱观测中，实验测得跃迁谱线相对强度与理论计算结果非常吻合，实现了1469 nm谱线上能级7S1/2和下能级6P3/2之间的粒子数反转，为1469 nm四能级主动光钟工作奠定了基础。铯原子455 nm跃迁的FADOF实验给出了FADOF随铯样品泡温度、磁场等参数变化的特性，并利用FADOF作为反馈成功搭建了455 nm半导体激光器。　　将半导体激光的中心频率锁定在原子分子跃迁谱线上，可以得到单色性好，频率稳定性高的半导体激光。饱和吸收光谱稳频技术需要在激光频率上加一个调制信号，经过稳频环路解调后产生误差信号反馈到激光器。色散线型的极化谱可以直接作为误差信号反馈到激光器，用于无调制的激光稳频。本文利用饱和吸收光谱信号两个偏振方向的光相减得到了线宽窄且零点稳定的极化谱信号。实验中，将半导体激光中心频率锁定在该极化谱信号上，成功实现了半导体激光稳频。