激光回馈现象的物理内涵极其丰富,亟待人们对它进行探索和发现,基于此现象制作的激光回馈测量系统普遍具有灵敏度高、自准直的优点。与传统双光路干涉仪相比,回馈干涉仪只需要一条光路即可完成信号探测和放大,因此它还具有结构简单紧凑、价格便宜等优势。目前,人们对激光回馈现象的研究更多地停留在弱回馈水平下,对强回馈水平下的研究少有涉猎,因为当处于强回馈水平时,激光器对外界信号的灵敏度很高,对干扰的抵抗能力较弱,信号检测和处理的难度很大。针对上述优势和不足,本文对He-Ne激光器在较强回馈水平下的高阶回馈现象及其在位移测量领域的应用做了较为系统的研究,提出了一种具有纳米量级测量分辨率、可溯源至光波长的单重高阶回馈位移测量系统及其标定方法。另外,为了提高系统的稳定度,研制了针对回馈激光器的特殊稳频方法。首先,我们对单频激光高阶回馈现象作了系统的研究,得到了激光在非准直外腔下的高阶回馈曲线。并运用软件光线追迹和强弱回馈相互标定的方法,同时得到了外腔镜在特定角度下所对应的激光回馈阶次,成功获得了系统具有纳米量级的位移测量分辨率。在此基础上,发现了在非准直外腔回馈下,激光腔内的偏振跳变现象。为了利用这一现象进行位移判向,我们分别运用腔镜加力和外腔旋转波片的方式,成功控制了偏振跳变点在回馈条纹一个周期中的位置,并通过设定光强阈值的方法实现了位移判向。其次,我们通过在半外腔He-Ne激光器谐振腔内加入石英晶体,并调整其角度的方法,在非准直外腔强回馈条件下,获得了高密度、类余弦、相位差为90度的双频高阶回馈位移测量曲线。系统位移测量分辨率同样能达到纳米量级,而且所得到的双频纳米条纹可用于进一步的位移判向和电路条纹细分处理,最终获得了亚纳米量级的测量分辨率。再次,针对He-Ne激光高阶回馈系统的特点,提出了结合激光管外电阻丝热稳频和外腔镜调制稳频的方法,成功解决了激光器在较强回馈水平时的稳频难题,提高了系统的抗干扰能力和测量准确度。最后,为了解决非准直凹面回馈外腔镜上不同阶次回馈光点相互混合,无法获得准确的位移测量分辨率和幅值均匀的回馈条纹等问题,设计和搭建了基于Fabry-Perot回馈外腔的高阶位移测量系统。并在这一系统中,首次获得了幅值均匀、分辨率确定的单重高阶弱回馈纳米条纹。然后,我们运用传统一阶回馈半波长条纹与该纳米条纹相互标定,通过微调F-P回馈镜角度,获得了与理论值相符合的两种回馈条纹个数之比。该方法能帮助我们有效地减小因为光线传播过程中离轴所造成的Abbe误差,保证系统位移测量的溯源性。经过标定,得到系统位移测量分辨率为0.55nm,其中可溯源的光学分辨率为10.9nm。该系统具有用作纳米位移计量标准的潜力。