5G时代的正式开启,以及光传感和光信息处理等领域的快速发展,对光电子及光子器件的集成度和器件特性指标提出了更高的要求,频响特性作为器件的关键工作指标迫切需要进行高精度和多维度的表征。传统光谱分析方法,受限于光栅的分辨率无法实现高精度频响特性表征,基于光信号调制的电信号分析方法将光信号转换至电域进行处理,得益于电谱的高分辨率,这种方法有望实现高精度的器件幅频响应和相频响应的表征,对器件的设计、制作和应用具有重要的意义。本文围绕光通信和微波光子系统中的核心器件窄带光滤波器、电光调制器、集成电吸收调制激光器的频响特性表征技术进行了研究。主要研究内容如下:（1）针对窄带光滤波器中光纤尾纤和自由空间光耦合而引入的附加相移湮没器件相频响应且无法通过校准消除从而导致无法对器件相频响应高精度表征的问题,提出了基于Kramers-Kronig关系与Wiener-Lee变换的器件本征相频响应恢复算法,该算法通过测量器件的幅频响应即可对器件的相频响应进行恢复。算法利用响应函数实部与虚部之间的Kramers-Kronig关系,并结合Kramers-Kronig关系中的最小相移条件和Wiener-Lee变换中幅频响应为偶函数的条件,通过构造过渡响应函数实现本征相频响应的恢复。在仿真验证了算法的可行性后,分别测量了非零色散位移光纤、单模光纤中受激布里渊增益,以及相移光纤光栅阻带的幅频响应和相频响应,进而通过算法恢复了器件的本征相频响应,对算法进行了验证。在此基础上,将算法推广至微波器件的频响特性表征,成功恢复了微波带通滤波器和90度电桥的相频响应,该算法可有效提升微波器件的测量效率并降低测量成本。最后,对算法的误差和适用范围进行了讨论。（2）针对基于逐点扫描的频谱响应特性表征方案中,测量时间随测量精度和带宽提高而增加的问题,提出了一种基于微波光子扫频的超快、高精细光学矢量分析技术方案。通过线性调频信号驱动双平行马赫-曾德尔调制器产生宽带、高线性度光学线性扫频信号,用于实现待测器件频响特性的快速扫描,并通过外加单音本振微波信号进行下变频,实现低频数字化探测。最终,基于数字域内的希尔伯特变换获得待测器件的幅频响应和相频响应。该方案实现了对一段3 km非零色散位移光纤中受激布里渊增益和相移光纤光栅阻带频响特性的高精度、超快表征,频率分辨率达到20 k Hz,测量时间仅需20μs。（3）针对高速电光调制器频响特性表征的自外差分析法,存在探测器不平坦响应引入的误差、需要高频探测以及需要使用多个微波源的问题,提出了一种基于双频信号下变频的高速电光调制器频响特性高精度表征技术方案。该方案由耦合器和声光移频器产生双频光载波信号,进而通过单音调制下的抑制载波光双边带调制产生双频探测信号。在光电探测器中对携带调制器频响信息的双频探测信号进行下变频,实现了固定低频探测,且消除了探测器不平坦响应引入的测量误差,最终通过提取电域内的幅度信息实现高速电光调制器的频响特性表征。此外,通过扣除调制器输入微波功率的起伏对测量结果进行了校准,实现了对高速电光调制器频响特性的高精度表征。该方案在有效减少测量误差的同时降低了探测成本并提升了探测效率。最后,分别从测量方案的误差传递因子和调制器输出光场的解析表达式出发,仿真并分析了调制器输入微波功率起伏和非理想消光比引入的测量误差。（4）对集成电吸收调制激光器内部光电相互作用的表征技术进行了研究,并建立了一个电-电-光的三端口网络以表征其频响特性。从激光速率方程和量子限制Stark效应出发,通过数学推导建立了DFB激光器和电吸收调制器的本征电路模型,进而将其本征网络与寄生网络组合从而建立了集成电吸收调制激光器的三端口网络等效电路模型。根据集成电吸收调制激光器S参数的测试结果,通过迭代计算获得了等效电路模型中各个元件的参数值,并对集成电吸收调制激光器的S11、S22、S31、S32、S12、S21参数进行了仿真,其中S12、S21参数表征了器件内部的光电相互作用,实现了对集成电吸收调制激光器内部光电相互作用的表征。最后通过改变等效电路模型中影响光电相互作用的元件参数（受控系数K、耦合电容Cg、耦合电阻gR）对器件内部的光电相互作用进行了仿真和分析,为集成器件的设计和应用提供了一种有效的分析方法。