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微波光子学是把传统的微波技术与光电子技术进行融合的一门交叉学科。与传统的微波技术相比，微波光子技术把微波信号的产生、传输与处理放在光域中来完成，不仅可以打破电子瓶颈，还可以兼顾光子技术的优势。光生微波信号就是其典型应用。通讯系统的发展离不开高质量的微波信号，而不同的系统对微波频段的需求也不一样。随着各国军事力量的发展，战场环境日趋复杂，为提高战场生存力，国家号召实现雷达、通信和电子战对抗等多系统融合。多系统的融合对高质量可调谐的微波信号提出了迫切需求。光电振荡环(Optoelectronic Oscillator, OEO)可以很好地满足需求。
与传统微波振荡器不同，OEO利用光纤超低的传输损耗，让储能延时过程在光域中完成，基于光电混合正反馈环路，将光能直接转换为微波信号能量，克服了传统微波振荡器随振荡信号频率升高而相位噪声显著劣化的缺陷。OEO能产生频率从几百MHz到几十GHz、低相位噪声的高频谱纯净度的微波信号。将宽带可调的微波光子带通滤波器(Microwave Photonic Bandpass Filter, MPBF)用于OEO中进行模式选择，可以满足OEO振荡频率大范围自由切换。宽带可调的OEO是一种非常理想的微波信号源，在无线通信、雷达、电子对抗、光学传感、电子测量等领域具有广泛的应用前景。本论文在保持OEO低相位噪声的前提条件下，围绕提升其频率调谐范围、抑制模式竞争、提升边模抑制比以及OEO的小型化与集成化等方面展开研究工作。本论文的主要贡献与创新点如下：
(1)基于高非线性光纤(High Nonlinear Fiber, HNLF)中的受激布里渊散射效应(Stimulated Brillouin Scattering, SBS )构建了一个微波光子滤波器(Microwave Photonic Filter, MPF)。通过建立理论模型分析基于SBS的微波光子滤波器(SBS-MPF)的产生机理，通过优化SBS的泵浦功率、HNLF的长度以及泵浦光与信号光之间的偏振态，抑制了由SBS损耗特性产生的微波通带，打破了之前报道的SBS-MPF的调谐范围小于两倍布里渊频移频率的限制，并进行了实验验证。实验测得的单通带微波光子滤波器可以实现0到40GHz范围可调谐，抑制比可以达到50dB，滤波器的半高全宽(Full Width at Half Maximum, FWHM)带宽约为16MHz。
(2)基于级联微波光子滤波器实现宽带可调的超窄带通MPF。通过分析微波光子级联滤波器的实现条件与机理，将SBS-MPF与基于有源光纤环的无限冲激响应(Infinite Impulse Response, IIR)滤波器(IIR-MPF)进行级联。实验得到的单通带MPF的FWHM带宽仅为150kHz。借助于SBS-MPF的大范围可调谐性，级联滤波器的频率调谐范围也达到40GHz。据本人所知，这是目前报道的带宽最窄的单通带可调谐MPF。将此级联MPF用于OEO选模，顺利实现了OEO的单模起振。实现了OEO同时具有低相位噪声、宽带可调谐性、大边模抑制比的优良特性。
(3)基于高Q硅基微环构建了一种小型化OEO。介绍了片上高Q器件的设计、制作与测试，在绝缘体上硅(Silicon on Insulator, SOI)平台上制备了高Q微环谐振器并得到了窄带宽的单通带MPF，在此基础上验证了基于微环的小型化OEO。为实现单片集成OEO奠定基础。
与传统微波振荡器不同，OEO利用光纤超低的传输损耗，让储能延时过程在光域中完成，基于光电混合正反馈环路，将光能直接转换为微波信号能量，克服了传统微波振荡器随振荡信号频率升高而相位噪声显著劣化的缺陷。OEO能产生频率从几百MHz到几十GHz、低相位噪声的高频谱纯净度的微波信号。将宽带可调的微波光子带通滤波器(Microwave Photonic Bandpass Filter, MPBF)用于OEO中进行模式选择，可以满足OEO振荡频率大范围自由切换。宽带可调的OEO是一种非常理想的微波信号源，在无线通信、雷达、电子对抗、光学传感、电子测量等领域具有广泛的应用前景。本论文在保持OEO低相位噪声的前提条件下，围绕提升其频率调谐范围、抑制模式竞争、提升边模抑制比以及OEO的小型化与集成化等方面展开研究工作。本论文的主要贡献与创新点如下：
(1)基于高非线性光纤(High Nonlinear Fiber, HNLF)中的受激布里渊散射效应(Stimulated Brillouin Scattering, SBS )构建了一个微波光子滤波器(Microwave Photonic Filter, MPF)。通过建立理论模型分析基于SBS的微波光子滤波器(SBS-MPF)的产生机理，通过优化SBS的泵浦功率、HNLF的长度以及泵浦光与信号光之间的偏振态，抑制了由SBS损耗特性产生的微波通带，打破了之前报道的SBS-MPF的调谐范围小于两倍布里渊频移频率的限制，并进行了实验验证。实验测得的单通带微波光子滤波器可以实现0到40GHz范围可调谐，抑制比可以达到50dB，滤波器的半高全宽(Full Width at Half Maximum, FWHM)带宽约为16MHz。
(2)基于级联微波光子滤波器实现宽带可调的超窄带通MPF。通过分析微波光子级联滤波器的实现条件与机理，将SBS-MPF与基于有源光纤环的无限冲激响应(Infinite Impulse Response, IIR)滤波器(IIR-MPF)进行级联。实验得到的单通带MPF的FWHM带宽仅为150kHz。借助于SBS-MPF的大范围可调谐性，级联滤波器的频率调谐范围也达到40GHz。据本人所知，这是目前报道的带宽最窄的单通带可调谐MPF。将此级联MPF用于OEO选模，顺利实现了OEO的单模起振。实现了OEO同时具有低相位噪声、宽带可调谐性、大边模抑制比的优良特性。
(3)基于高Q硅基微环构建了一种小型化OEO。介绍了片上高Q器件的设计、制作与测试，在绝缘体上硅(Silicon on Insulator, SOI)平台上制备了高Q微环谐振器并得到了窄带宽的单通带MPF，在此基础上验证了基于微环的小型化OEO。为实现单片集成OEO奠定基础。