提出了一种基于短光纤循环延迟自外差技术测量亚千赫兹激光器线宽的方法。采用延迟长度仅为2 km的循环延迟自外差干涉仪,实现了一系列不同延迟时间拍频信号的同时测量。通过仿真拟合了多组高阶拍频信号的功率谱,获得激光器的平均线宽为944 Hz,该结果与传统拍频法测得的激光线宽基本一致。所提方法不仅可以避免单次测量误差,而且能有效减小1/f频率噪声引起的频谱加宽,可精密测量窄线宽激光器的线宽。

利用西安和咸阳之间的电信省级骨干光纤网构建了210 km的光学频率信号传递测试链路，链路损耗为0.23 dB/km。实验中采用可搬运、基于光纤干涉仪、线宽约为200 Hz的激光器作为光源，利用两台低噪声双向掺铒光纤放大器(EDFA)补偿光纤链路损耗和增加光信号的传输距离，放大器平均增益控制在15 dB左右，以防止激射。通过测量和分析不同情况下光纤链路的附加相位噪声，可观测到铁路震动引起的规律性干扰。当噪声抑制系统在锁定状态时，链路的相位噪声被抑制了23 dB，在剔除铁路干扰时段数据后，获得的210 km实地通信链路的秒级频率稳定度达到了1.51×10-14，万秒频率稳定度达到了5×10-17。利用210 km通信链路进行了光学频率信号的远程传递测试，分析了限制频率稳定度的主要影响因素，并针对现行光纤布设方式提出了补充要求。该研究为基于通信链路的高精度光学频率信号的传递与比对提供理论支撑。

为了更好地实现远程光钟之间的高精度比对，对意大利Calosso小组所提出的光纤双向光学相位比对方案进行了拓展，提出了一种基于本地测量的双向光学相位比对方法。同源的两路光信号从同一光纤两端注入，其中一路光信号经光纤传输到远端后经反射原路返回本地端，另一路光信号从远端经光纤传输至本地端。两个信号均在本地端与参考光进行拍频，将拍频得到的两路拍频信号的相位进行比对。利用这种结构，系统不需要有源光纤相位噪声补偿也可以消除叠加在光纤链路上的共模相位噪声，该结构的最大优势在于拍频信号的采集和处理均可以在本地端完成，不需要引入额外的时间同步信号来保证两地拍频信号采集同步进行，简化了实验系统。计算分析了该方案的相位噪声极限，并建立了基于60 km缠绕光纤的示范系统来进行测试，测得其秒级频率稳定度为1.45×10-16，千秒稳定度达到 1.51×10-19。该方案有望用于远程光钟和其他原子钟之间更可靠的高精度频率比对。

光纤链路中高精度光学频率传递对光钟比对有重要意义, 双向掺铒光纤放大器(EDFA)有助于在长距离光学频率传递中对信号进行损耗补偿和高精度传输。基于铒粒子受激放大的基本原理, 设计了可用于光纤光学频率传递链路中的低噪声、高增益双向EDFA, 并对其参数进行了仿真优化。实验结果表明, 该双向EDFA的噪声指数为3.86 dB, 增益为20.14 dB, 引入的相位噪声在频率为1 Hz处仅为0.1 rad2/Hz。将该双向EDFA作为放大补偿器件应用于200 km光纤光学频率传递链路中, 获得了3.8×10-16/s的秒级频率稳定度及2.8×10-19/(104 s)的万秒级频率稳定度, 在频率信号传递和光钟比对领域有着广阔的应用前景。

提出了一种利用窄线宽激光作为测量光源, 对光学谐振腔自由光谱区、腔内共振激光波长进行精密测量而得到光学谐振腔腔长的方法。对光学谐振腔腔长的测量理论进行了严格推导, 通过理论模拟对测量条件及结果进行了分析讨论。以自行研制的线宽为1.9 Hz、频率不稳定度为1.7×10-14 s-1、中心波长为1550 nm的窄线宽激光作为光源, 对长度约100 mm的光学谐振腔腔长进行了精密测量。对光学谐振腔自由光谱区进行测量, 得到其腔长为0.10024407 m、精度为22 nm; 对光学谐振腔腔内共振激光波长进行测量, 得到其腔长为0.1002440884 m、精度为0.21 nm, 精度相对提高了2个量级。提出的方法有望促进基础物理研究、材料的物理属性精密测量及光纤传感等领域的发展。

提出了一种激光线宽测量新方法—系统参数不敏感型循环损耗补偿循环延迟自外差法（LC-RDSHI）。通过对系统输出功率谱密度函数进行推导以及拍频功率谱仿真，分析讨论了该方法对系统参数不敏感的特性。在此基础上，搭建相应实验装置，观测了系统参数对LC-RDSHI输出功率谱的影响，发现实验观测结果与理论分析相吻合。此外，基于不同的实验系统参数，将本方法与传统的LC-RDSHI进行了线宽测量比较。结果表明，系统参数不敏感型LC-RDSHI具有更高的线宽测量精度，并且测试过程更加简单，从而具有更好的应用前景。