超窄带光滤波器(滤波带宽在MHz量级及以下)在高精度光学信号处理、单纵模窄线宽光源产生等领域具有现实或潜在的应用价值,是光滤波器发展的趋势之一。由于光波固有的超高频特性以及制作工艺的限制,目前此类光滤波器主要面临以下三个方面的挑战:第一,滤波带宽难以超窄带化;第二,滤波中心频率难以大范围调谐;第三,滤波中心频率难以长时间保持稳定。针对以上三个方面的挑战,本文进行研究并取得了如下创新性成果:1.针对光滤波器滤波带宽难以超窄带化、中心频率难以大范围调谐的挑战,本文提出了基于延时匹配的新型等效光滤波器。该滤波器将微波滤波器窄带的优势与光子技术相结合实现了光学等效超窄带滤波,其特点在于滤波带宽等于所采用微波滤波器的带宽,而中心频率主要取决于所采用本振光源的频率。进一步地,本文将此等效光滤波器用于单纵模窄线宽光源的研究中,并提出了两种不同的光源产生方法:第一种方法是将此等效光滤波器用于飞秒光频梳的单纵模提取中,最终成功从频率间隔为100MHz的纵模群中分离出单一纵模,其3dB洛伦兹线宽(1.3kHz)仅为本振光源线宽的1/35;第二种方法是将此等效光滤波器与光学谐振腔相结合,提出了不同于传统OEO结构的新型光电混合谐振腔,该结构能够明显抑制本振光源的相位噪声(最高抑制比大于65dB),实现单纵模窄线宽激光输出。2.针对光滤波器滤波带宽难以超窄带化的挑战,本文设计并搭建了滤波带宽仅为1.2MHz的超窄带光纤环滤波器。针对其无法动态调谐、多周期滤波的缺陷,本文同时引入了宽带可调谐的光纤光栅和可编程光滤波器,并通过级联的方式实现了单透射峰的动态选择。基于相干探测链路以及光滤波器之间的组合,本文最终实现了能够同时具备滤波带宽可变(可低至1.2MHz)、中心频率40GHz内可调谐、单透射峰三大优势的微波光子滤波器。3.针对光滤波器中心频率难以长时间保持稳定的挑战,本文将PID反馈控制用于提升光滤波器的稳定性,并分别实现了光学相位实时补偿、双激光器波长实时跟踪以及激光器波长与滤波器透射峰精确锁定。结果表明:本文中设计的光学相位实时补偿系统能够分别工作于补偿的线性区和非线性区,最终明显改善输出光功率的稳定度;双激光器波长实时跟踪系统能够实现双激光器波长的长时间锁定,锁定精度小于1MHz;激光器波长与滤波器透射峰锁定系统能够将激光器波长精确锁定于带宽仅为500kHz的光滤波器透射峰中,并且其结构比典型的PDH反馈系统明显简化。