近年来,随着高精度光学频率标准的飞速发展,国际上以锶原子光钟为代表的光学频率标准不确定度和稳定度已进入E-19量级,为众多科学研究领域提供了高精度测量工具,例如基本物理常数的探测,测地学,暗物质探测,卫星导航以及广义相对论验证等等。这些应用都需要对频率标准进行远程传递和比对,因此,精度高于光学频率标准信号的传递手段必不可少。光纤链路具有可靠性高、损耗小、资源丰富等优点,其光频传递精度优于传统的基于卫星的传递方法(如卫星双向比对、卫星共视)约四个量级以上,为光学频率标准的比对和应用提供了技术支撑。我国西安、北京、武汉等地的多个科学研究单位都开展了高精度光学频率标准研究,并取得了一定成果,为了比对这些光学频率标准并将其应用于科学研究领域,千公里级高精度光频传递手段和技术至关重要,目前,光纤光频传递方案主要有两种:直连传递和级联传递,本文围绕这两种传递方案展开了长距离光频传递研究:一,进行了不同长度光频直连传递研究,对限制光纤光频直连传递距离的因素进行了分析。搭建了光纤光频直连传递系统,对影响传递系统噪底的环境因素如温度起伏、声音振动进行了研究,通过采取隔声、控温措施使得系统噪底达到3E-17/s。采用通信波段参考腔超稳光源作为传递光源,首先进行了246km实地光纤光频传递,通过模拟鉴相技术对链路相位噪声进行探测,并利用声光调制器对噪声进行主动抑制,达到了噪声抑制理论极限,实现传递稳定度3E-20/2000s。然后研究了480km实地光纤直连光频传递,为了准确探测随着传递距离增加而增大的链路相位噪声,采用了动态范围可调的数字鉴相器,实现传递稳定度3.1E-20/4000s,该指标优于精度最高的光学频率标准一个量级,目前国内尚无同等长度光纤光频传递报道。最后将传递距离增加到687km,传递稳定度在100秒积分时间内达到3.9E-19,但信号衰减和链路噪声导致的信噪比恶化限制了687km传递链路长期连续运转,也限制了传递距离进一步增加。二,为了进一步增加光频传递距离、提高传递精度,研究了基于再生放大的级联传递技术。本文首次理论分析了级联传递相位噪声抑制原理,以及级联传递精度相对直连传递的优势,为级联传递精度评估提供了理论依据。光学再生通过将再生光源相位锁定到输入光相位上实现光学放大,放大增益达62d B,而放大带宽仅为几十k Hz,能够在一定范围内滤除带外噪声,提高信噪比。利用再生放大器作为中继放大进行了112km+112km实地光纤级联光频传递试验,每级链路噪声由各级发送端的锁相环控制,224km级联链路相位控制带宽是直连传递理论带宽的2倍。研究了300km+200km缠绕光纤级联光频传递,并且与直连500km缠绕光纤光频传递进行了比较,1Hz处噪声抑制范围提高了5d B,传递稳定度为直连方案的1.5倍,与理论基本符合,验证了级联传递相比直连传递在传递精度和传递距离方面的优势。三,现有高增益光学放大器如光纤布里渊放大器等为了保证连续运行需要对放大器进行自动锁定和远程控制,结构较为复杂且连续运行时间短。本文提出了一种结构简单、稳定且可长时间连续运转的中继放大技术:低噪声两级掺铒光纤放大器(EDFA)。低噪声两级EDFA通过串联两级单向EDFA获得45d B以上增益,对两级EDFA引入的相位噪声进行探测并抑制实现低噪声光学放大。经过测量,低噪声两级EDFA的相位噪声远小于参考腔超稳激光噪声,相较于再生放大器最长连续运行时间仅为几天,低噪声两级EDFA的连续锁定时间可长达几个月,因此该中继放大方案极大地提高了中继站的可靠性和鲁棒性。采用低噪声单向两级EDFA作为中继放大进行了205km+205km实地光纤级联光频传递试验,相位噪声抑制达到了理论极限,实现传递稳定度7.1E-18/2500s,与直连410km光纤光频传递进行了比较,稳定度提高1倍,该方案为我国建设千公里级高精度光纤频率传递网络提供了技术支撑。