基于激光干涉的空间引力波探测对毫赫兹频段内的时钟噪声抑制水平提出了极高要求，通常通过边带倍频时钟噪声传递和导频音等技术来抑制时钟噪声。针对时钟噪声抑制技术需要的超低附加相噪的电光调制器（EOM）调制微波(2.4 GHz)和导频音射频信号(75 MHz)，本文设计、搭建并比较了两种微波合成链路。通过低相噪锁相介质振荡器（PDRO）、分频等技术，实现了超低附加相噪频综。经测量，75 MHz导频信号在0.1 mHz、1 mHz、10 mHz、100 mHz、1 Hz处相对应的残余相噪分别为$ 1.06\times {10}^{-3}\;\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{d}/\sqrt{\mathrm{H}\mathrm{z}} $，$ 8.18\times {10}^{-5}\;\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{d}/\sqrt{\mathrm{H}\mathrm{z}} $，$ 7.63\times {10}^{-6}\;\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{d}/\sqrt{\mathrm{H}\mathrm{z}} $, $ 1.30\times {10}^{-6}\;\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{d}/\sqrt{\mathrm{H}\mathrm{z}} $，$ 1.53\times {10}^{-7}\;\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{d}/\sqrt{\mathrm{H}\mathrm{z}} $。该导频信号是经2.4 GHz微波分频产生的，后者的残余相噪更低，因而在20 mHz~1 Hz 频段内，两者的残余相噪都满足“太极计划”需要。后期经过降低功分、频分等器件的附加相位噪声、减小关键器件的温度敏感度及增加温度控制、导频校正等技术，还可进一步降低该频综的本底噪声，有望在0.1 mHz-1 Hz的整个频段内都满足“太极计划”需求。本文对于频综的研究结果为我国空间引力波探测需要的时频系统研制奠定了坚实基础。

光频域反射(Optical Frequency Domain Reflectometry, OFDR)技术因其高空间分辨率和高动态范围的优点得到了广泛地研究。针对OFDR系统中光源相位非理想调谐所引起的OFDR精度退化问题，文中在对可调谐激光光源可能的相位非理想调谐形式进行分析的基础上，结合对实测的光源相位调谐曲线，探究了不同的非理想调谐形式对分布式应变解调结果的影响。研究结果同时指出，利用辅助干涉仪插值重采样的常规补偿方法能够有效补偿多项式非理想调谐形式所引起的精度退化，但无法消除光源初始相位随机抖动的影响。在此基础上，进一步探究了利用深度学习，对相位非理想调谐造成的残余影响进行二次补偿的可行性。

窄线宽激光器是光谱学和精密计量学等实验的基本组成部分。由于半导体激光器对外部光学反馈十分敏感，所以可以利用光反馈的高带宽抑制半导体激光器的相位噪声，进而压窄线宽。本文采用光纤布拉格光栅作为反馈元件，搭建了长外腔反馈回路。为了降低外界环境温度起伏和气流扰动的影响，对反馈光路的光纤控温，使得1小时内最大温度起伏从0.039 °C降低到0.003 °C。此外，测试了反馈带宽对激光线宽的影响，尽管实验所用光纤布拉格光栅的带宽远大于自由运转的激光线宽，但仍然可以观察到激光线宽被压窄，且光纤光栅的带宽越小，激光线宽越窄。对于此现象，分析认为在反馈回路中应该存在一种负反馈机制，可以将激光线宽稳定到反馈光谱的某个斜率处，所以光纤光栅的反馈带宽越窄，反馈光谱的斜率越大，反馈越灵敏。通过调整光纤光栅的反馈功率在0~1 mW范围内改变，观察到当反射功率为0.8 mW时，光反馈将激光线宽从自由运转的100.5 kHz压窄到最窄的11.5 kHz，0.2 kHz~2 MHz范围内的相位噪声降低约20 dB。

基于两个窄线宽光纤激光器和自制的锁相控制系统，研制了一个低相位噪声窄线宽拉曼光纤激光源，建立了拉曼光纤激光系统的相位噪声模型，研究了拍频光功率、不同频率参考源对拉曼激光相位噪声的影响。实验结果表明，该拉曼光纤激光源在10 Hz~1 MHz范围内相位噪声功率谱密度可达到-118 dBc/Hz，相应的相位噪声为22.7 mrad，将其应用到重力仪中获得的重力测量灵敏度为10.93 μGal/Hz。对拉曼激光源进行连续3 h的相位噪声稳定性测试和连续25 min的频率稳定性测试，得到的相位噪声标准差为0.734 mrad，相应的重力灵敏度标准差仅为0.349 μGal/Hz。当积分时间为1 s时，相位锁定时频率稳定度为2.675×10-11，验证了该激光源具有低相位噪声和高稳定性。利用相位噪声模型得到的理论结果与实验结果一致，证实了理论模型的正确性。