微波信号生成及处理在雷达、通信、电子对抗等领域发挥着重要的作用。基于电子技术的传统微波处理技术受限于“电子瓶颈”,在宽带、高频等应用中已经无法满足需求。本文利用微波光子技术大带宽、低损耗等特性,针对近年来的研究热点和问题,结合光电振荡器（OEO）、非厄米量子力学等相关内容,对高质量微波信号生成,微波光子宽带混频和微波光子信号检测等关键技术进行了理论研究和实验验证。本文主要工作内容如下:1.频率稳定、低相位噪声光电振荡器研究首先,为提高OEO生成信号的频率稳定性,提出了基于光偏振控制的可调OEO。利用Li Nb O3调制器的偏振依赖特性,实现中心频率由光偏振态控制的可调微波光子滤波器（MPF）,避免了可调光源的使用,有效解决了OEO振荡频率受光源波长漂移和调制器偏置点漂移影响的问题。实验实现了3.3-7.3 GHz频率调节,自由振荡模式下30分钟内频率漂移仅为7 k Hz;其次,为生成具有低相位噪声的微波信号,将宇称-时间对称（PT-对称）原理应用于OEO中,阐明了PT-对称选模机理并对其进行了实验表征。提出了无窄带滤波器的频率精细可调PT-对称OEO,在OEO环长6 m情况下,边模抑制比可达60 d B,频率精细调节范围为1.4 MHz。增加环长至2 km时OEO理论相位噪声可达-131 d Bc/Hz@10 k Hz;另外,提出了光学偏振空间PT-对称建立方案,利用偏振复用技术实现了增益和损耗双环在空间维度的重合,简化了PT-对称系统物理结构。将偏振空间PT-对称应用于环长7 km的单环OEO中,实现了6.2 GHz单模振荡,生成信号理论相位噪声达到-138d Bc/Hz@10 k Hz。上述研究为频率稳定且具有低相位噪声的微波信号源的实现提供了指导和参考。2.微波光子宽带混频技术研究首先,针对微波光子混频中本振信号质量低、调谐性差的问题,提出了基于可调OEO的宽带混频系统。该系统应用双偏振正交相移键控调制器,不仅构建了色散MPF,实现可调OEO并产生高质量本振信号,而且同时完成射频信号接收和光域混频。实验验证了7.6 GHz射频信号的可调下变频,并搭建无线接收链路,将中心频率6.5 GHz、速率1 Gb/s的无线信号下变频到基带,实现无误码接收;另外,提出了基于微波光子混频的相干光载无线波分复用光网络（Ro F-WDM-PON）系统,通过自相干检测,光生毫米波,光载波重用,无色光网络单元和光域下变频设计,可以同时满足有线和无线用户的高带宽接入,接入速率可达40 Gb/s。通过仿真验证,该系统可生成40 GHz毫米波信号,所用16级正交幅度调制（16-QAM）信号接收误差矢量幅度（EVM）低于12.5%（3GPP的前向纠错门限）,系统具有良好的接收灵敏度,有望应用于未来有线无线混合接入场景。3.微波光子弱信号频率检测和宽带相位检测研究首先,在微波光子学领域,基于PT-对称OEO对非厄米二阶奇点的分岔特性进行了研究。利用二阶奇点虚部的平方根拓扑特性,首次提出了一种非厄米超低功率微波信号频率检测系统。实验结果表明,所提出的非厄米检测系统检测增益达到了20 d B,检测灵敏度达到了-99 d Bm,与传统基于OEO的厄米检测系统相比,可以提高检测增益10 d B以上,提高检测灵敏度8 d B以上。这项工作为非厄米奇点在微波光子高灵敏度传感和检测中的应用进行了初步探索;另外,结合时域拉伸和压缩采样技术提出了一种新型的超宽带信号相位测量系统,仿真实现了0-50 GHz的单频或多频信号的360°高精度相位检测。在采样率为Nyquist速率的1/20倍,信噪比为20 d B的情况下,单频信号的相位测量误差小于±0.5°,多频信号的测量误差小于±2.0°。该系统保证性能的同时显著降低数字信号处理中所需模数转换器的采样率,解决了傅里叶鉴相检测带宽受限问题。在毫米波天线、雷达等领域具有应用价值。