“形似竖琴,听天籁之音”,这是中国主导的空间引力波探测工程—天琴计划的名称来源。天琴计划中的一项关键技术是高精度激光干涉测距,为了实现该技术成果,需要自主研制满足测距系统精度的窄线宽种子激光器。根据现有的报道,基于单片非平面环形腔（简称NPRO）的激光器相干性好,线宽窄,噪声低,能够满足天琴计划对于种子激光器的要求。在此课题背景下我们开展了本论文的研究,内容包括以下几个部分:本论文首先研究了基于NPRO的窄线宽单频基模激光器。在理论上,利用矩阵传输理论研究了非平面环形腔的光学模式特征,分析其在外加磁场作用下由于法拉第磁光效应所产生的双向谐振模式之间的损耗差,由此获得腔体单向出光的条件。在实验上,利用商用的非平面环形腔对该类型窄线宽激光器进行了实验研究,同时设计了初步的激光模块封装。使用由Nd:YAG增益介质构成的非平面环形腔体,以250 m W的808 nm连续激光作为泵浦源,实现了激光器的单频单向出光,出光波长为1064 nm,空间出光功率大于100 m W,光纤耦合出光功率大于40 m W,利用两台独立的非平面环形激光器的基模激光拍频获得的线宽小于2 k Hz。另一方面,采用温度和压电两种方式对激光的输出波长进行了调谐实验。在完成初步的激光模块封装之后,对该激光模块分别进行了冲击、正弦振动、随机振动以及高低温度循环环境摸底模拟实验,实验结果表明该激光模块可以承受航空级别的初步环境模拟摸底测试。此外,本论文实现了非平面环形激光器涡旋激光的直接产生。通过控制高斯泵浦激光光束在腔体表面的入射位置,可以实现多种拉盖尔高斯光束的可控产生。该涡旋激光仍为单频单向出光,拍频激光线宽优于2 k Hz。同时,为了更好地研究涡旋激光,还提出了一种基于单个平凹透镜的涡旋激光拓扑荷数检测方法,相比于其他的叉型干涉检测光路,该方法光路更为简单紧凑,也更容易操作,并将该方法与一种基于单个倾斜双凸透镜的检测方式进行了对比。通过拍频实验分别测量了高斯基模和拉盖尔高斯模式涡旋激光的频率噪声谱(低至0.1 Hz/Hz1/2@1MHz),证实了非平面环形激光器的低噪声特性。最后,实验中还发现低噪声的双频涡旋激光出射,对于8.2 GHz拍频微波信号,其相位噪声可以达到-118 d Bc/Hz@10k Hz。