飞秒光学频率梳噪声特性的研究是优化激光器输出、产生低噪声飞秒激光光源的基础,是降低和补偿激光器噪声技术的研究和实现覆盖更宽微波、光学波段的光学频率梳的重要理论依据。对于精密光学测量、时间基准的标定、阿秒光学脉冲的产生、相干脉冲合成、光学频率梳齿的复制和远距离传输等应用有着深远的意义。单向脉冲传输方程包含脉冲电场的信息,很好地描述了脉冲电场在介质中的传输和演化过程,本论文从基于单向脉冲传输方程的激光器的数值模型出发,探索光学频率梳的噪声特性,以降低飞秒激光器的噪声为目标,对飞秒光学频率梳齿的噪声特性进行了系统的研究,实现了相干脉冲合成。本论文的主要工作可以概括为以下几个部分:1.对单向脉冲传输方程进行了推导,使用分步傅里叶和四阶龙格库塔相结合的算法对单向脉冲传输方程进行了数值求解。2.以单向脉冲传输方程为主方程,对钛宝石飞秒激光器进行了数值模型的建立,对超短脉冲在激光器内的动力学过程进行了模拟。在腔内净色散-13 fs2的条件下,得到半高全宽133 nm的光谱输出,47 fs的时域脉冲输出,单脉冲能量为39 nJ。实验研究了紧凑型宽带可调谐钛宝石飞秒激光器,获得了中心波长在740nm至893 nm的可调谐超短脉冲输出,中心波长为800 nm时输出功率达800 mW,中心波长为890 nm时输出功率可达420 mW。宽光谱输出时,光谱范围可覆盖730~870 nm。3.对光学频率梳噪声的基本理论进行了详细阐述。在激光器的数值模型中加入量子噪声,对光学频率梳齿的橡皮筋模型和脉冲时间抖动特性进行了模拟。4.实验研究了两台独立运转的掺镱光纤飞秒激光器的相干脉冲合成。使用光学平衡互相关的方法锁定两台激光器的重复频率,得到两台激光器的剩余相对时间抖动为380 as,使用腔外声光调制器对两台激光器的载波包络相位进行锁定,得到两台激光器的剩余相位噪声为495 mrad。合成后两激光器的光谱干涉长时稳定。