近年来，基于超冷原子光晶格的光学波段原子钟的稳定性已达到E-19级，将形成新一代时频标准(光频标准)。结合广域高精度时频传输，可以构建广域时频网络，在精确导航定位、全球授时、广域量子通信、基础物理原理试验等领域将发挥重要作用。比如，当全球范围内时频传输的稳定性达到E-18的量级时，就会形成“秒”的新定义，2026年国际计量大会将讨论“秒”的重新定义。再者，高轨空间具有更低的引力场噪声环境，光频标和时频传递的稳定性理论上可以达到E-21级别，有望在引力波探测、暗物质搜索等基础物理问题的研究中有重大应用。而传统的基于微波的卫星时频传输的稳定性只有E-16，无法满足高精度时频网络的需求。基于光频梳和相干检测的自由空间时频传输技术，其稳定性可达E-19级，是高精度时频传输的发展趋势。但以往国际相关工作信噪比低，传输距离短，难以满足星地链路高精度时频传输的需求。
在这项工作中，研究团队开发了全保偏光纤飞秒激光技术，实现了瓦级功率输出的高稳定光频梳。基于低噪声平衡检测和集成干涉光纤光路模块，结合高精度相位提取后处理算法，实现了纳米级的高灵敏度线性光学采样检测，单次测量精度优于100飞秒。进一步提高了光传输望远镜的稳定性和接收效率。在上述技术突破的基础上，研究团队在新疆乌鲁木齐成功实现了113km自由空间时频传输。每万秒时间传输的稳定性达到飞秒级别，每万秒频率传输的稳定性优于4E-19。系统的相对偏差为6.3e-20±3.4e-19。系统最大容许链路损耗高达89dB，远高于中高轨道星地链路损耗的典型期望值，充分验证了星地链路的高精度光频标准。
