双光梳光谱技术作为一种革命性的精密测量技术,相比于传统的光谱测量技术,其具有高精度、高分辨的快速光谱测量能力,在燃烧诊断、环境检测、生物医疗等领域具有重要的应用价值。目前制约双光梳光谱仪实用化发展的关键在于产生高相干和高稳定性的双光梳光源,然而传统的双光梳光源方案一般需要采用复杂的反馈控制电路,并使其运行在实验室环境下以降低外界环境扰动,这极大程度上限制了双光梳光谱技术在实际户外应用中的发展。被动相干的双光梳系统具有本征的频率稳定性,无需复杂的载波包络相位锁定过程,具有优良的抗干扰能力,成为双光梳系统的发展趋势之一。目前传统的被动相干双光梳系统方案在光谱宽度、工作波长以及系统稳定性等方面存在一定的限制。本论文首次提出光调制光学频率梳概念,并在此基础上发展了近红外和中红外光调制双光梳系统,开展了多分子精密光谱测量的研究。基于被动相干的高灵敏中红外光调制双光梳光谱系统,开展集成化设计,实现双光梳光谱仪的可移动化,之后进一步开展了双光梳光谱仪的燃烧尾气异地测量,实现了对燃烧尾气的实时分析处理,为推动双光梳光谱测量技术走向实际户外开发应用奠定良好的基础。本论文具体研究内容和创新点概括如下:1、提出了光调制光学频率梳概念。本论文结合光参量放大（OPA）过程的相位特性和光学频率梳的理论研究,提出了光调制光学频率梳概念。基于对窄线宽连续激光器的非线性光学调制和放大过程,实现连续激光器所在波段的宽带光调制光梳的产生。结合双光梳光谱测量技术的理论研究,建立光调制双光梳系统的基本架构和方案。2、开展了高相干高分辨近红外光调制双光梳光谱系统的研究,实现了多分子振转跃迁谱线的精密光谱测量。基于光调制光学频率梳概念,首先在相对成熟的近红外波段展开了研究。采用自研的低噪声高功率掺镱光纤激光器作为泵浦源,窄线宽1550nm商售连续激光器作为信号光,PPLN晶体作为超快光调制器的介质,实现了 1550nm近红外光调制光梳的产生。在此基础上,进一步构建了高相干近红外光调制双光梳光源,其相干时间长达100s,射频梳齿相对线宽仅为10mHz,对应光频分辨率为3.3kHz。该方案无需主动的载波包络相位控制,可以实现24h的长期稳定运行。基于该光源开展了多种气体分子吸收强度和相位的测量,测量结果与HITRAN数据库理论结果保持良好的一致性,光谱分辨率为108MHz,测量速度在ms量级,有效验证光调制双光梳光谱仪精密测量分子光谱的能力。3、开展了高相干高分辨的宽光谱中红外光调制双光梳光谱系统的研究,并进一步应用于发动机燃烧尾气的实际测量。基于光调制光学频率梳概念,开展了中红外光调制光梳的时频域演化特性的理论研究。结合实验研究,在nJ量级泵浦能量下产生了重复频率160MHz、脉冲宽度接近傅里叶极限的84fs（7.3个周期）的中红外超短脉冲。该方案具有良好的光谱调谐特性,输出光谱范围可以达到数百nm,平均输出功率超过数百mW。在此基础上,搭建了宽带可调谐中红外光调制双光梳光谱系统,开展了 C2H2、CH4、H2CO、H2S、COS和H2O等的分子吸收谱线的高精度测量。进一步开展了集成化研究,实现了双光梳光谱仪的可移动化设计并开展异地燃烧室尾气成分分析,初步验证了可移动式双光梳光谱仪在户外环境下的性能和稳定性。4、开展了倍频程中红外宽带光梳光源的研究。本论文基于中红外相干合成技术展开理论研究,实现了 105fs（8.5个周期）,光谱范围为3.4-4.1μm的中红外光源的产生,为后续通过多路相干合成实现宽带中红外光调制光梳奠定了良好的基础。另一方面,基于级联光参量过程和超连续光谱技术,对中红外光调制光梳系统进行优化,最终实现了 1.8-4.2μm倍频程中红外光源的产生,覆盖了多种气体分子的吸收谱线。