飞秒光学频率梳覆盖光谱宽并且单根谱线极窄,可将频率测量精度提高至10-19量级,极大地提高了人类探索微观世界及科学规律的能力,并为精密光谱测量、基础物理量标定、光钟、阿秒科学、天文观测等多个科研领域提供了高精确度、高准确度及高灵敏度的测量工具。本论文旨在研发野外适用高精度光纤光学频率梳,沿着光梳实用化路径,开展了光梳锁定技术创新,实用化难点攻克,实用性能验证和更为集成化的双光梳光源原理探索和应用研究这四个方面的工作。通过对光梳光路、电路、机械、程序设计等方面的联调优化,最终实现了低噪声、低功耗、小体积、高稳定的野外适用高精度集成化光纤光梳。本论文的主要研究成果和创新点概括如下:1.光梳锁定技术的创新,发展了利用电控偏振控制器（EPC）实现光梳载波包络相位信号控制的新型锁定方法。相较于泵浦调制,EPC调制具有更高带宽、更大增益、更小fr/fceo串扰的优点,并且EPC调制对光梳输出功率的影响仅有泵浦调制的1/2,对光梳各波段引入的强度噪声仅有泵浦调制的1/20。鉴于EPC良好的重复性和稳定性,将电压设置到经验值,即可解决低噪声光梳快速自启动难题,减少光梳调节时间。2.开展了面向星载光梳的关键技术研究,攻克了多项光梳实用化技术难点。a)通过对光梳系统光路、电路、机械及程序设计的优化和多种技术手段的联合调节,实现了低噪声、低功耗、小体积、高稳定的光梳系统。集成化的光梳系统可脱离实验室环境稳定运行长达数天,并能承受异地搬运带来的风险。b)研究了光梳的噪声抑制技术,对光梳的稳定性进行了提升。沿着从低反馈带宽到高反馈带宽,从微波频率参考到光学频率参考的优化路线,在微波频率参考时,将fr信号的稳定度提升至1.24×10-13,在光学频率参考时,将光梳跟随精度提升至5.19×10-17。3.对光梳的实用性能进行测试,针对国家电网电力设备漏气故障检测的实际需求,搭建了基于两台集成化光纤光梳的双光梳光谱检测装置。通过精密频率控制及精细温控,装置在室外环境运行数小时,相干性无明显劣化。对CO与CO2混气进行实际测量,可在ms量级时间内实现对1540-1590 nm波段CO、CO2吸收峰的同时成谱检测,并通过数据拟合反演出相应分子数密度。CO和CO2的气体分子数密度的多峰测量不确定度分别为0.32%与0.24%。4.基于两台光梳搭建的双光梳光谱装置存在体积庞大、价格昂贵、系统复杂等问题,因此,我们对更为集成化的双光梳光源进行了原理探索与应用研究。首次理论模拟并揭示了全正色散单腔双波长激光器从噪声演化至稳定双波长锁模的完整动力学过程,发现了脉冲之间的碰撞促进了双波长脉冲的建立。然后,在实验上搭建了基于NLAM锁模的全保偏单腔双波长激光器,利用时间拉伸色散傅里叶变换技术观测了双脉冲建立的完整过程,对模拟结论进行了验证。最后,将单腔双波长激光器的输出光频率转换至中红外波段,验证了其光谱学应用潜力,为多波段、高精度的光谱测量提供了良好光源。