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微波光子学是一门交叉学科,研究的主要问题是在光域里产生、处理和传输微波信号。微波光子学的应用领域包括光载无线通信系统、雷达系统、光信号处理、传感等领域。因为光学器件具有大带宽、重量轻、高可调性和重构性和抗电磁干扰等优点,微波光子技术被认为能够有效地克服“电子瓶颈“问题。本论文基于各种外调制器提出了几个微波光子系统解决了微波信号的产生、传输和处理上的一些问题。另外,本论文还将微波光子技术应用在了多纵模光纤激光器传感器上。本论文的主要工作如下：1.我们提出了一种基于DFB激光器的光学相位共轭变换器(OPC)用来补偿微波光子链路中的色散。DFB激光器提供了OPC中的泵浦光源同时自身也是可以引发四波混频(FWM)的介质。相比于基于半导体光放大器和色散位移光纤的OPC,我们提供了一个集成度更高的方案。实验结果显示,通过这种OPC,50.4 km的微波光子链路中的色散被补偿并且补偿带宽高达33 GHz,无杂散动态范围(SFDR)也提高了12.6dB·Hz2/3。在微波光子链路中的色散点9.2 GHz处,125 Mb/s幅移键控信号的传输性能也得到了提高。2.我们提出了一种基于光电振荡器(OEO)的全占空比三角波发生器。OEO的振荡频率决定了三角波脉冲的重复频率。通过将OEO中的马赫曾德调制器(MZM)偏置在正交点,OEO的小信号增益最大化同时产生的偶次谐波被抑制。通过精确控制OEO的小信号增益,使得基波的幅度是三次谐波幅度的9倍。在光电探测器(PD)产生的电信号经过一个90度移相器之后就能够产生三角波脉冲。实验中OEO的频率可以从2 GHz调谐到10 GHz,OEO的相位噪声在10 kHz处为-101.7 dBc/Hz。我们也测试了重复频率为3 GHz和6 GHz的三角波,它们与理想三角波的均方根误差分别为6.4927e-4和9.0932e-4。3.基于偏振调制器和双偏振调制器,我们提出了一种新型的微波频移键控(FSK)发生器。其中偏振调制器用来调制输入线偏振光的偏振态,使得输出光的偏振态在两个正交方向切换,也就是产生了偏振键控(PolSK)信号。双偏振调制器由偏振复用的两个子MZM组成。这两个子MZM被分别加上了频率不同的微波信号。偏振调制器产生的PolSK信号送入双偏振调制器,通过偏振控制器将PolSK的轴对准双偏振调制器的主轴,PolSK信号就能被转换成微波FSK信号。实验上我们将子MZM偏置在正交点并分别加上了3 GHz和6.5 GHz的信号,得到了载频为3/6.5 GHz比特率为1.25 Gb/s的FSK信号并且传输了10 km。另外我们还将MZM偏置在了最小传输点,得到了抑制载波的FSK信号。这种信号能够克服因光纤产生的微波功率衰减效应并且能够实现载频倍频。当加在MZM上的微波信号的频率是3/7 GHz时,我们得到了倍频的载频为6/14 GHz并且比特率为2.5 Gb/s的FSK信号。4.我们提出了一种有多个可调独立通带的微波光子滤波器(MPF)。使用的光源是自发辐射的宽谱光源并被一个耦合器分成N路。其中1路被送入相位调制器另外N-1路被光延时线延时。这N路分支被合路之后再送入色散补偿光纤然后在PD上进行光电转换。每一路延时的宽谱光与相位调制器产生的宽谱边带进行拍频就能产生出MPF的一个通带。通过调谐宽谱光的延时,通带的中心波长就能够得到调谐。在实验上我们演示了两个独立可调的通带,这两个通带能够独立地从DC调谐到30 GHz,通带3 dB带宽为250 MHz。我们也测试了MPF的稳定性。在1.5小时之内,当第一个通带的中心频率是8 GHz时,它的中心频率和强度的变化分别为31 MHz和0.4 dB；当第二个通带的中心频率在14 GHz时,它的中心频率和强度的变化分别为37 MHz和0.34 dB。另外我们还测试了MPF的SFDR。实验结果显示中心频率为1 GHz和4 GHz的通带的SFDR分别为73.5 dB·Hz2/3和73 dB-Hz2/3.5.我们对一种基于相移光纤光栅(PS-FBG)的单通带MPF进行了线性化。当一个相位调制的双边带(DSB)信号被送入PS-FBG时,如果一个边带落入PS-FBG反射带的透射缺口,从PS-FBG反射的信号就会转化成强度调制的单边带(SSB)信号,从而产生MPF的一个通带。通过调谐光载波的波长,通带的中心频率就能随之调谐。通过利用铌酸锂相位调制器中的双折射效应和偏振分集接收机,我们提高了这种MPF的SFDR。实验结果单通带MPF的通带宽度为80 MHz,调谐范围为5.5 GHz。SFDR被提高了13.1 dB。6.基于双平行马赫曾德调制器(DPMZM)和数字信号处理算法,我们提出并验证了一种具有高转换效率和高SFDR的微波光子混频器。射频信号和中频信号分别加在DPMZM里的两个平行的MZM上,使得射频和中频的隔离度趋近于无穷。当DPMZM的三个偏置都偏置在最小传输点时,光载波就能得到极大地抑制。因此对于PD来说,相同的输入光功率条件下能够产生更大的中频信号,因此转换效率就得到了提高。初步的实验显示转换效率最高能达到-12.7 dB。另一方面,我们提出一种简单的DSP算法提高了混频器的SFDR。这种算法不需要通常DSP算法所需要的系统的精确参数而只需要知道本振信号的调制深度。在实验上,通过该算法,混频器的SFDR从101.5dB·Hz2/3提高到了114.5 dB·Hz4/5。7.我们提出了一个多纵模光纤激光器传感器的复用方案。通过在光纤激光器谐振腔中插入两个匹配的波分复用器(WDM)和一个半导体光放大器,实现了激光器的多波长激射。对应于每一个WDM通道都产生了一个波长,并且由于WDM通道的带宽远大于纵模的自由谱程(FSR),因此每一个波长都含有多个纵模。我们在两个WDM之间的光纤上加上传感量。将激光器的多波长输出送入波分解复用器(DeWDM)将波长分开之后分别送入一个PD进行拍频解调就能解调出传感信号。一个初步的实验复用了一个应变传感器和一个温度传感器。