光学频率梳作为现代精密测量科学与技术进步的重要标志之一，已经在光学原子钟、绝对距离测量、高分辨激光光谱、低噪声微波信号产生、基本物理常数测量等诸多领域得到了广泛的应用，近年来又进一步被应用到了天文光谱定标中。但是常规的飞秒光学频率梳的重复频率一般在100 MHz-1 GHz，远远低于天文定标所需的10 GHz-30 GHz重复频率。针对这一问题，本文重点开展了掺钛蓝宝石光学频率梳和掺镱光纤光学频率梳的重复频率提高实验研究，为光学频率梳在天文定标中的应用研究奠定了良好的基础。　　由于氢原子光谱在量子物理发展中扮演着重要角色，近些年来对于氢原子1S-2S双光子能级跃迁精密光谱的测量精度也受到越来越多的重视。窄线宽超稳激光器是激发光谱跃迁必不可少的泵浦激光，因此本文也对窄线宽半导体激光器进行了深入地研究。　　本论文的主要研究内容和取得的创新结果有以下方面:　　1.针对提高飞秒光学频率梳重复频率和压缩连续激光线宽两个方面的要求，采用低精细度F-P腔滤波技术和高精细度F-P超稳腔稳频技术，理论仿真模拟了F-P腔的滤波和压缩线宽特性，为实验中F-P腔参数的设计提供可靠的理论指导。此外详细总结了激光频率锁定的通用技术。　　2.基于350-MHz掺钛蓝宝石飞秒激光器，采用低精细度F-P滤波腔进行了提高光学频率梳重复频率的理论和实验研究。通过对光学频率梳和F-P腔之间腔长匹配、模式耦合的研究，首次在国内得到了3-15 GHz重复频率的飞秒光学频率梳，并且采用Pound-Drever-Hall锁定技术将其稳定到了外部微波钟上，为高重复频率光学频率梳在天文定标的应用奠定了基础。　　3.基于250-MHz掺镱飞秒光纤激光器，采用两级低精细度法布里-珀罗滤波腔进行了重复频率提高和边模抑制的实验研究。首先通过标准自参考（f-2f）系统拍频获得光纤激光器的载波包络相移频率fceo信号，在100 kHz分辨率下，feo信号信噪比可达40 dB，为后续fceo锁定实验提供了良好的基础;其次利用锁相环电路反馈控制泵浦源电流和环形腔腔长，实现载波包络相移频率和重复频率同时锁定，持续锁定时间可达24小时以上，标志着掺镱光学频率梳完全实现。锁定后光纤光学频率梳稳定度达到了参考源稳定度。进一步，通过光纤光学频率梳与两级F-P腔的腔长匹配和模式耦合，实现20 GHz以上的高重复频率光纤光学频率梳输出，两级滤波的设计使边模抑制比大于40 dB，大大提高了高重复频率光学频率梳模纯净度。基于光纤激光器的20 GHz高重复频率光学频率梳性能稳定，结构紧凑，可靠耐用，更加适用于天文定标的实际应用。　　4.采用Pound-Drever-Hall稳频技术，将972 nm外腔半导体激光器锁定在超高精细度的法布里-珀罗参考腔上，锁定后经对误差信号分析可知，其线宽从自由运转时的约500 kHz被压窄至50 Hz。此外，搭建了倍频共振增强腔，对972 nm激光的二倍频光486 nm进行了四倍频研究，产生了1.8 mW的243 nm窄线宽激光输出，为用于氢原子1S-2S能级间双光子跃迁的实验研究提供了良好的激发光源。