原子钟是时间频率标准产生和保持的重要工具。近年来随着激光冷却、光学频率梳等相关技术的不断突破,工作在光频段的光钟研究取得重大进展,世界多个研究小组的光钟频率稳定度和不确定度都突破10-18量级,比目前的一级频率标准(频率基准)——冷原子铯喷泉钟的不确定度高两个量级。在国际单位“秒”被重新定义时,光钟很有可能取代铯钟成为下一代的时间频率基准。目前基于卫星的时间频率传递方法所能达到的传输相对稳定度最高也在10-16/1日,无法满足光钟输出光学频率的传递和比对需要。而利用光纤传递光学频率信号传输相对稳定度在1日积分时间内已达到10-20量级,比现有最好的光钟的频率稳定度还高2个量级,足以满足光钟频率信号传输和远程比对的需求。本论文围绕中国科学院国家授时中心的光纤光学频率传递开展研究工作,主要研究成果和创新点概括如下:一、开展光纤光载波频率频率传递理论研究,指出影响光频传输相对稳定度的两大因素是延时引起的噪声补偿限制和光纤链路自身噪声。首先分析光纤噪声产生的机理,利用多普勒消除方法抑制光纤噪声的原理,通过建立模型计算传输函数分析影响频率传输性能的主要因素,得出最终系统的传输相对稳定度主要受限于传输光纤延时引起的噪声补偿限制以及光纤链路的自身噪声。二、开展光纤光载波频率传递直连传输实验,并国内首次在百公里级实地光纤上实现光纤光学频率传递相对稳定度10-20量级。首先在1km线绕光纤上实验演示光载波光纤传输的光纤噪声补偿。然后利用改进后的光纤光载波频率传输装置在70km实验室线绕光纤上进行1k Hz线宽光载波的传输试验,测试相对稳定度(ADEV)秒稳达到1×10-15量级。传输相干光源改用1.9Hz的腔稳超窄线宽激光后,在112km的实地光纤上获得光载波频率传递的相对稳定度2.5×10-16/1s和4.4×10-20级/104s。三、光纤光频长距离传递初步试验研究,包括以光功率放大增大点对点传输距离和以级联传输方式实现远距离传输。分析比较这两种方案,提出级联传递的中继站装置中一种新的信号光放大/再生方案:以光纤单向掺铒光纤放大器(EDFA)放大光学频率的信号光,并利用外差探测补偿光功率放大引起的额外激光相位噪声。实验验证该方案能够低噪声大增益的放大光信号,保持光学频率信号的高稳定度,比现有的中继站方案结构更简单,成本更低。四、光纤光频传递多用户网络化传输研究,提出一种新的光纤噪声用户端补偿方案,研究利用这种新方案构建光频传输网络。首先分析将光纤光频传输网络划分为三种基本结构:环形结构、星形结构和树形结构。提出一种可用于树形分支结构的光频传输用户端补偿方案,在50km光纤上应用用户端补偿的光纤光学频率传输相对稳定度达到秒稳6.9×10-17,万秒稳3.0×10-18,与源端补偿方案相对稳定度接近。利用这种用户端补偿方案构建光频传输网络的三种基本结构时结构更为简单,各用户的独立性更强。