在当今信息时代,随着国民经济和科学技术的飞速发展,高精度时间频率信号的应用越来越广泛。然而高性能原子频标的体积、重量及功耗都比较大,而且成本高,适用范围比较有限。为了满足更多用户对高精度时频信号的需求,一方面积极开展紧凑型高性能原子频标的研制,以适应诸如工业制造、数字通信、智能电网、军事防御和卫星导航等方面的应用需求。另一方面,以更高性能的原子频标(如铯原子喷泉钟和冷原子光钟)为基础,利用高精度时间频率传递,满足如时间频率计量、基础物理研究、射电天文学和深空网络等领域对高精度时频信号及其比对同步的需求。对于紧凑型高性能原子频标,除了已经成熟的产品外(传统铷钟、被动型氢钟),人们还在积极开展新型原子频标的研制,其中脉冲光抽运(POP)铷原子钟是一个非常典型的代表。它不但具有铷原子钟共有的优点,且其性能甚至优于更笨重的被动型氢钟,应用前景十分广阔。在时间频率传递方面,基于卫星链路的频率传递已无法满足铯原子喷泉基准钟的传递比对需求,而以光纤为媒介的频率传递具有损耗低、可靠性高和噪声易补偿等优点,逐渐发展成为一种新的传递手段,成为当前研究的热点。因此,本论文工作围绕POP铷原子钟和光纤微波频率传递的研究展开。在POP铷原子钟的研究中,分析了影响原子钟稳定度的一些因素,同时设计了 C场电流源、物理系统温度控制电路和闭环伺服电路。C场电流和物理系统温度对原子钟稳定度的影响分别小于1 × 10-16(τ=10-104 s)和1 × 10-15(τ=10-104s)。伺服电路输出分辨率为1μV,开环时,其输出电压对原子钟短稳的影响在5×10-14左右。测试结果表明,所设计的电路均可以满足高性能POP铷原子钟的要求。此外,对POP铷原子钟Ramsey信号的特性进行了分析,发现系统最佳的Ramsey时间TR为3 ms左右。当TR=3 ms时,Ramsey信号的对比度大于40%,达到同类原子钟的最好水平。同时根据Ramsey信号的特性,分析得到了吸收泡内铷原子的纵向和横向弛豫时间分别约为1.95 ms和2.45 ms,研究结果为进一步提高脉冲光抽运铷原子钟的性能提供了重要依据。最后,利用Dick效应分析了微波频率综合器的相位噪声对POP铷原子钟短稳的影响,其结果小于5 × 10-14τ-1/2,也可以满足原子钟的性能要求。对于光纤微波频率传递,分别进行了理论和实验研究。理论研究中,分析了光纤传输的噪声产生机理和噪声补偿原理,以及对光程补偿和电相位补偿的光纤微波频率传递原理进行了分析比对,说明了论文中选用电相位补偿方案的原因和优势。分析了影响光纤微波频率传递的多种因素,包括光纤传输时延、传输信号的相位噪声、光纤中的寄生反射、光纤色散和偏振模色散,其中光纤传输时延限制反馈环路的噪声抑制带宽,这也是限制传输距离的主要因素之一。实验研究中,考虑到实际应用,设计了一种结构更为简单,且便于级联和组网应用的电相位补偿的光纤微波频率传递方案,分别在56km盘纤和112 km实地光纤上实现了 10 GHz信号的传递。56 km盘纤上的传递稳定度为1.9 × 10-15@1s和4.9 ×10-18@104s,112 km实地光纤上的传递稳定度为4.2 × 10-15@1s和1.6 ×10-18@1 d,可以满足目前冷原子微波钟的频率传递比对需求。