以若丹明染料为增益介质的宽带连续可调谐染料激光器输出光波长覆盖范围广,且位于可见光波段550-600 nm。这种激光器在一些高分辨率激光光谱如碘分子光谱等领域有着其它激光器难以替代的优势。此外经过稳频的窄线宽染料激光器在原子光晶格钟、基本物理规律检验等精密测量领域中都有着重要的应用。通过采用Pound-Drever-Hall稳频技术可以获得超窄线宽的激光辐射,该技术依赖于光学谐振腔的稳定性与激光频率反馈控制系统的噪声特性。本文主要讨论了染料激光稳频系统中恒温箱的温度控制、激光功率噪声压制以及激光的频率稳定,并且以碘分子光谱探测为例,展示了窄线宽染料激光器在高分辨率激光光谱中的应用。本文首先讨论了恒温箱的研制及其热控环路的分析。在激光稳频实验中,恒温箱的作用一是为真空室的精密温度控制提供一个初步稳定的恒温环境,二是降低环境音频噪声对作为频率参考的光学谐振腔的影响。这里逐级详细地分析了温控环路的增益特性,为后续控温系统的改进打下了重要的基础。将该系统实际应用于染料激光的稳频,实测结果表明,当环境温度波动1K时,恒温箱内部温度波动为3-4mK,这一较小的温度波动为进一步采取第二级温度控制来确保光学谐振腔的稳定性提供了有力的保障。为了减小激光光功率波动对频率稳定性的影响以及研究反馈控制系统噪声机制,将电光幅度调制方法应用于激光光功率的长期、宽带稳定。采用这种方法对激光进行功率控制一般需要采用两块严格配对的晶体来补偿双折射带来的工作点漂移,而本文利用单块铌酸锂晶体实现了带宽为2.5 MHz的功率稳定,长期功率稳定度达到8×10-4。并且对系统的残余噪声进行了详细的分析。剩余幅度调制是影响激光频率稳定度的一个重要因素,该方法完全可用于剩余幅度调制的主动控制,大幅度地降低经过电光调制后激光中的剩余幅度调制。本文的研究重点在于激光频率反馈控制系统。针对染料激光的频噪声的低频成分很强、高频成分一直扩展到大约1MHz的不利因素,采用两级稳频的方案。首先经过一级频率预稳,将激光线宽从670 kHz降至2 kHz(0.1s测量时间),这个线宽可满足高分辨率激光光谱测量的应用。经过第二级稳频及系统噪声控制,将激光的线宽进一步降至了1.4 Hz(拍频测量结果,2s测量时间)。系统的不稳定度在3s的平均时间内达到4×10-15；其中热噪声贡献约1.2×10-15。还测量了系统的频率噪声谱,在0.1-10 Hz范围内,拍频噪声谱呈1/f特性；而在低于0.1 Hz的区域,激光频率噪声规律比1/f更陡峭,这主要是来源于光学谐振腔长度的长期漂移。经过二级稳频的激光已基本上满足探测镱原子1S0-3P0钟跃迁谱的要求。发展窄线宽染料激光器的重要目的之一是用于探测位于沸石晶体中亚纳米管道中碘分子的吸收光谱。这一光谱测量将在小型化光频率参考实验的实验探索以及双原子分子的空间定向研究中发挥积极的作用。作为该项研究的准备工作,这里建立了气态碘分子饱和吸收光谱实验装置以及用于探测沸石-碘分子体系光吸收谱的高灵敏度平衡探测系统,并利用经过一级稳频后的染料激光对自由态的碘分子的消多普勒展宽后的超精细光谱进行了测量。最后讨论了提高染料激光器频率稳定度可能方案,以及对窄线宽染料激光的必要的功能扩展,以便更好地用于激光光谱探测。