振荡器在雷达、导航制导、通信系统、仪器测量等领域发挥重要的作用，直接影响电子系统的各项性能。振荡器应用广泛，可以提供同步系统的参考信号源，提供数字系统的时钟，作为本振进行上下变频等。现代通信与电子技术的发展，对微波振荡器的频谱纯净度、频率稳定度、相位噪声均提出了越来越高的要求。光电振荡器(Optoelectronic oscillator，OEO)作为一种光路与电路结合的新型微波信号源，能产生高品质因素、高频谱纯净度和低相位噪声的光、电两种信号输出，在未来有望作为电子系统的优质微波信号源。　　本文首先回顾了光电振荡器的历史进程及国内外发展现状，介绍了OEO的基本原理，分析了OEO的起振条件，通过将调制器响应函数线性化，对OEO的振荡频率与幅度，输出频谱和噪信比进行研究。详细介绍了OEO的主要性能:单模起振与边模抑制、频率稳定度和相位噪声，分析影响这些性能的主要因素。　　为提高光电振荡器的性能，设计了多种光电振荡器结构。在单环路OEO中，利用带宽相同，中心频率有偏移的两滤波器级联方案，通过仿真发现级联可以极大缩小滤波通带带宽，有利于实现OEO单模输出和边模抑制。其次介绍双环路OEO的方案，在X.Steve Yao的类线性理论基础上，推广了双环路光电振荡器的振荡频率和相噪特性，并对比双环OEO与单环OEO的频谱相噪特性。利用注入锁定OEO的方案可以锁定输出信号频率，同时提高边模抑制比。设计OEO的光纤恒温方案，详细推导温度与光电振荡器的长期稳定度的关系式。　　本文针对第三章的提高光电振荡器性能方案，搭建OEO环路与测试平台，对OEO进行一系列实验研究。首先研究单环OEO的频谱及相噪，在单环OEO中引入滤波器级联，观察并对比级联前后OEO输出信号的频谱及相噪特性。其次搭建双环OEO并研究其频谱与相噪，并与单环OEO对比，分析双环OEO方案的优势。通过外部注入参考信号源分别研究注入锁定单环OEO与双环OEO的频谱与相噪特性，并与自由振荡的单双环OEO对比，分析注入锁定方案的优势。最后结合双环路和注入锁定方案，对光电振荡器的光纤保温，研究光纤常温和恒温状态下，双环注入锁定OEO的长期稳定度。　　本文结合理论推导和仿真，对光电振荡器的原理及其关键性能进行了研究，分析提高OEO性能的方法并通过实验进行验证。从研究结果来看，无论是理论推导与仿真，还是实验测试与分析，都表明本文对C波段光电振荡器的研究是有效的。