超大容量光通信、超高精度光传感、超高速光信号处理等都要求光器件、光系统或光子芯片能够高精细地操控光信号的幅度、相位、偏振等多维参数。这些高性能光器件、光系统或光子芯片在研制、检测和应用过程中，都需要精确测量其多维（幅度、相位等）光谱响应。然而，现有的光矢量分析技术存在光幅相提取复杂、动态范围受限、存在非线性误差等关键技术难题。因此，亟需开展新一代光矢量分析技术的研究，以支撑和保障先进光子器件和集成芯片的制备、生产与应用，为相关领域的创新和突破奠定基础。
　　本文的研究工作围绕基于微波光子变频的光矢量分析展开，针对现有光矢量分析面临的光幅相提取复杂、非线性误差大、动态范围小的问题展开研究，具体工作如下：
　　针对光幅相提取复杂和非线性误差大的关键技术问题，提出基于双波长扫频与微波光子下变频的光矢量分析技术，采用微波光子下变频将高速光电探测和超宽带幅相检测转换为低速光电探测和低频微波幅相检测，极大地降低了光幅相提取单元的复杂度，同时该结构避免引入非线性误差，实验中以10 MHz的低速光电探测器与低频幅相接收机实现了分辨率为1 MHz，测量范围达 45 GHz 的光矢量分析。此外，在此基础上提出基于声光移频与微波光子下变频的光矢量分析技术，大幅度简化了光矢量分析系统的结构。
　　针对动态范围小的关键技术问题，提出基于谐波检测的光矢量分析技术，与传统调制相移法进行比对，动态范围得到了有效提升。建立了基于谐波检测的光矢量分析的非线性误差解析模型，并进行了理论分析和数值仿真研究，结果表明所提基于谐波检测的光矢量分析方法具有更小的非线性误差和更大的动态范围。此外，还进行了基于谐波检测的光矢量分析技术的工程化研究，完成了驱动电路板与系统控制程序的软硬件设计，搭建了原理样机。样机可实现测量范围覆盖C波段（1530~1565 nm）、动态范围大于70 dB、时延精度优于1 ps的光矢量分析。
　　综上所述，本文提出基于微波光子变频的光矢量分析方法，有效解决了现有光矢量分析存在的光幅相提取复杂、非线性误差大、动态范围小的问题，可为前沿领域中新型光子芯片和高性能微波光子器件的研究奠定坚实的测量技术，从而有力支撑光学领域中新规律、新现象和新原理的发现与论证。