时间同步技术广泛地应用在深空探测、导航定位和相控阵雷达等领域。随着原子钟和光钟的深入发展,基于卫星技术的时频传输系统已经不能满足高精度的场合需求。光纤是另一种很有应用前景的时频传输介质,具有覆盖广、抗电磁干扰、损耗低等优势。然而,光纤易受振动和温度变化等外界环境因素影响,导致光信号在光纤链路传输过程中存在时延漂移。为使两地的时间信号同步,站点之间可进行双向对比来动态校准信号,提高时间传输系统的稳定性。相比于强度调制,相位调制器消除了传统马赫-曾德尔调制器的直流漂移影响。近年来,相位调制方法为光纤传输时间信号提供了新的解决方案。秒脉冲时间信号可以通过相位调制器直接编码为二进制相移键控格式加载到光载波上。然而,该方法难点在于信号解调。相位信息不能由光电探测器直接检测,通常先通过相干解调将其转换为强度变化。本文针对光纤时间同步传输中的调制方式、解调方法和相位补偿进行了理论和实验研究,讨论了光纤时延抖动和光纤链路损耗对系统传输影响,分析了双向对比和双向环回两种传统时间同步技术,最后提出了一种基于相位调制和迈克尔逊干涉仪的时间传输方案。本文主要的研究内容和结果如下:1.提出并论证了一种基于相位调制和迈克尔逊干涉仪的双向时间传输方案。采用二进制相移键控调制格式将秒脉冲（1 PPS）时间信号通过相位调制器直接加载到光载波。使用迈克逊干涉仪将相位信息转化为强度信息。光耦合器、可调光衰减器、两个法拉第旋转镜和一个相位调制器等器件组成迈克尔逊干涉仪,这是系统信号解调的关键部分。2.设计光学相位补偿模块和反馈控制算法。为了稳定干涉仪两臂的相位差,在其中一臂上放置一个低带宽相位调制器作为移相器。解调后的光载波经过光电探测器和偏置器（Bias Tee）,产生直流信号和高频脉冲信号,并分别用于反馈输入和时间双向比对。方案设计了一种光学相位反馈控制算法,及时补偿干涉仪相移噪声,保持两臂相位差稳定。3.搭建并测试背靠背光纤时间信号调制解调系统,信号传输稳定度为1.32×10-11@1s,2.31×10-11@1000s。实验表明,迈克逊干涉仪能有效恢复脉冲信号。在此基础上利用实验室1556 km光纤链路平台,进行长距离双向光纤时间同步实验,系统稳定度为3.55×10-11@1s,5.62×10-11@1000s。