介绍了一种利用光锁相环技术实现频率稳定的深紫外激光系统，包含两台253.7 nm四倍频激光器，用于汞原子在二维磁光阱和三维磁光阱的激光冷却。其中，一台深紫外激光器锁定在汞原子的饱和吸收谱线上，用于产生二维磁光阱的冷却光和推送光；另一台深紫外激光器通过1014.9 nm的半导体种子激光之间的光锁相环实现频率稳定，用于产生三维磁光阱的冷却光和探测光，并通过前馈方法将频率切换时间减小到原来的1/23。该系统可以大范围地调整深紫外激光器的频率，高效地利用紫外激光功率，并降低了实验装置的复杂性，从而满足了汞原子激光冷却实验的要求。同时，所提方法适用于其他深紫外激光系统。

针对相位调制微波光链路线性解调困难的问题，开展了基于锁相环高线性相位解调方法的理论研究。建立了详细的链路模型，充分考虑噪声和非线性畸变的影响，推导得到了链路关键参数的变化趋势。同时结合实际链路器件参数，完成了链路关键参数的仿真研究。结果显示，基于锁相环，在200MHz的射频频率下，链路动态范围可达到127dB·Hz2/3，较传统强度调制方法提升近20dB，为大动态微波光子链路实验应用提供了一定的理论参考。

在空间相干光通信应用中, 针对传统激光器线宽较宽、相位噪声大、易导致锁相环路失锁的问题, 研制了单频Nd:YAG非平面环形(NPRO)激光器, 其线宽小于1 kHz, 相对强度噪声(RIN)低于-150 dB/Hz, 具有窄线宽、低噪声的特点。搭建了光锁相环路, 在信号光功率-67 dBm的情况下实现了两台NPRO激光器的相位锁定。在此基础上开展了信号频率为10 MHz和1.25 GHz的模拟通信实验, 在信号光功率分别为-60 dBm和-53 dBm时可观测到较理想的眼图。在2.5 Gbps数字通信实验中, 接收灵敏度达到-50 dBm, 此时误码率为3.2×10-6。系统灵敏度可接近量子极限, 明显优于传统的IM/DD方式, 是一种适合长距离、大容量传输的空间通信方式。

线性扫频激光源在高分辨率、高精度、大动态范围的激光测量和光纤传感领域有着广泛的应用。然而，扫频非线性及激光相位噪声限制了测量系统的分辨率、精度和动态范围。本文分析了分布反馈式(DFB)半导体激光扫频中的非线性及激光相位噪声产生的机制，提出基于预畸变和光锁相的激光扫频非线性校正和激光相位噪声抑制方法，实现了扫频范围为50 GHz，均方根频率误差小于263 kHz的激光扫频信号。实验测试表明该扫频激光源的线性度和相干性得到了有效增强。

光学锁相环(OPLL)是相干激光通信系统中的重要组成部分。设计了科斯塔斯数字光学锁相系统，用于星间相干通信中零差接收和多普勒频移跟踪。锁相系统采用可编程逻辑门阵列(FPGA)作为主控单元，本振激光器(LO)采用调制边带注入锁定的可调谐激光器，中心波长为1550 nm，具有窄线宽和快速调谐的优点。与传统锁相环相比，系统具有更快的频率捕获速度，具有更高的稳定性。实验中，能够实现140 MHz 频差范围内的快速锁定，保持锁定时间大于1 h，并能够对20 MHz/s多普勒频移跟踪，为后续星间相干通信实验提供支持。

对空间相干光通信系统进行了简单描述, 对相干光锁相环(OPLL)技术进行了详细的分析, 提出了一种基于激光器温度控制和PZT腔长控制的激光锁相技术。该技术集双重控制体系于一体, 和传统OPLL相比, 具有更快的频率扫描速度、更高的相位灵敏度。实验证明, 该技术在空间相干光通信解调中大大地提高了系统效率。

以PSK(相移键控)外差光通信系统作为研究对象，对相位噪声和散弹噪声对锁相环的性能影响进行了深入的量化分析，得出了锁相环的最优带宽与激光器线宽的关系以及误码率和比特率对激光器线宽的要求，可以作为光锁相环设计的理论指导。

提出并建立了一种新型的基于光纤四波混频效应和压控光脉冲源的光锁相环路(OPLL),用于光时分复用系统(OTDM)中的时钟恢复过程。从理论上分析了其工作原理,及各模块结构和功能。利用高非线性光纤中的四波混频效应实现全光鉴相器,有效缩短了光纤长度,减小了光纤色散引起的脉冲走离,鉴相器消光比超过30 dB。采用再生锁模光纤激光器实现压控光脉冲源,在保证脉冲质量的前提下,重复频率调节范围达到380 kHz。在40 Gb/s时钟恢复实验中,获得脉宽为7.2 ps、接近变换极限的时钟脉冲,时间抖动(RMS)为152 fs,超模抑制比大于60 dB。实验证明,输入信号幅度波动和码型效应对环路影响很小。