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基于光学频率梳技术发展而来双光梳光谱测量系统,通过具有一定重复频率差的双光梳光源实现快速的光学外差探测,具有快速、灵敏、高分辨和高精度的技术优势,近年来已在精密光谱分析、光学测距、光学成像等应用方向上展现出巨大的应用潜力,并迅速成为相关领域内的研究热点。实现梳齿可分辨的高分辨双光梳光谱测量依赖具有高度相干性的双光梳光源,目前,采用高速调制器件对光纤锁模激光器的两个自由度进行精密的反馈控制,是提高双光梳光源相干性的主要方法。一方面,研究光纤锁模激光器的噪声演化特性,获得低噪声的飞秒脉冲是实现双光梳光源频率稳定的基础;另一方面,发展精密的相位锁定技术,对于抑制双光梳光源的频率噪声、实现双光梳光源的高互相干具有重要意义。进一步地,研制紧凑稳定的集成化双光梳光谱测量系统,也是提高双光梳技术实用性、拓展双光梳技术应用领域的关键。本文以“高分辨双光梳系统的研制及其应用的研究”为主题,分别深入研究了低噪声光纤锁模激光器、精密相位锁定技术以及双光梳光谱测量系统。以自主研制的全保偏光纤锁模激光器为研究基础,从理论和实验上探究了光纤锁模激光器的噪声演化特性,验证了脉冲能量、脉冲宽度以及脉冲的非线性对脉冲噪声的影响,并通过泵浦优化的方式实现了低噪声脉冲的输出;研究了光学频率梳涉及的相关相位锁定技术,基于全保偏光纤设计研制了重频可调谐的实用型光学频率梳;进一步利用电光调制晶体设计了高反馈带宽的相位锁定方案,实现了基于光学参考的超低噪声光学频率梳;发展了基于窄线宽激光器的互相干锁定技术,实现了梳齿可分辨的高分辨双光梳光源,搭建了双光梳光谱测量系统并实现了分子吸收光谱的精密分析和探测样品的三维成像。本论文具体研究内容和创新点概括如下:1.提出了泵浦—相位噪声平衡机制,研制了具有低噪声特性的全保偏光纤锁模激光器。基于可饱和吸收镜锁模技术,创新性地提出了基于保偏光纤的环形结构谐振腔,实现了简单紧凑、抗环境干扰能力强的全光纤锁模激光器,获得了重复频率为101MHz、光谱宽度为12.4nm、中心波长为1560nm的飞秒激光脉冲;通过理论计算和数值模拟,研究了光纤锁模激光器的噪声演化过程,验证了飞秒脉冲的噪声特性与脉冲性质之间的确定关系,最终通过优化泵浦能量的方式,将脉冲时间抖动压缩到269fs（10Hz-10MHz）的低噪声水平。2.设计了程式化腔长调节方案,研制了重频可调谐的全光纤光学频率梳,实现了飞秒光学频率梳的重频扫描。基于自主研制的低噪声全保偏光纤锁模激光器,利用电控延迟线获得了342kHz（@101MHz）的重频调谐范围;自主设计了全保偏光纤放大器和锁相环系统,同时实现了重复频率信号frep和载波包络相位偏移频率信号fceo的锁定,并通过集成化封装获得了结构紧凑的实用型光学频率梳系统。该光学频率梳中frep和fceo的频率抖动的均方差仅为165μHz和1.1mHz,频率不稳定度分别达到1.49×10-12和5.74×10-18,其稳定性受限于铷原子钟的频率稳定性,精密锁定后frep和fceo的残余相位噪声分别为336μrad和713mrad（积分区间1Hz到1MHz）。3.发展了光学频率梳的噪声综合抑制技术。使用具有高调制带宽的电光调制晶体作为振荡器的快速促动器,通过合理的腔型设计,在光纤锁模激光器内实现了150kHz以上的强度调制和相位调制,分别用于载波包络相位偏移频率和重复频率的精密锁定。同时完成了对光频参考频率信号fbeat和载波包络相位偏移频率信号fceo的精密锁定,获得了超低噪声光学频率梳:锁定后fbeat和fceo的频率抖动的均方差仅为206μHz和265μHz（连续锁定时间大于20小时）,频率不稳定度分别达到6.31×10-19和9.15×10-19,积分区间1Hz到1.5MHz内的残余相位噪声分别达到21.8mrad和86.1mrad量级,对应的时间抖动达到18.1as和71.3as。4.研制了梳齿可分辨的高分辨双光梳光源。基于高反馈带宽相位锁定技术,利用相同的参考源,同时精确控制了两台光纤锁模激光器的载波包络偏移频率信号fceo和光频参考频率信号fbeat,实现了100mrad以下的残余相位噪声,获得了具有高互相干性的双光梳光源。两台光学频率梳的重复频率分别精确锁定在100150315Hz和100150175Hz,实现了最小相对线宽（受限于数据处理系统）为120mHz的双光梳光源,获得了85.7kHz的光谱分辨率。5.组建了高精度的双光梳光谱测量系统。通过在探测系统中设置参考臂和测量臂,使双光梳光谱测量系统的干涉信号可以同时反演吸收光谱和绝对距离信息。在接下来的工作中,采用0.5s的单点测量时间进行二维形貌扫描,测量了传输路径中的气体成分和样品的三维形貌;获得了CO2和CO混合气体的高精度吸收光谱,其分辨率达1.43MHz,信噪比达2230;同时实现的样品三维成像,具有40μm的横向（纵向）空间分辨率和0.68μm的深度测量精度。