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高质量微波毫米波信号源是无线通信、光载射频网络、军事雷达系统、星间链路和其他应用系统的心脏。近年来先进的光子技术，尤其是光器件方面的进展，能够产生相位噪声极低的高频微波毫米波信号。本论文主要对光学外调制倍频技术以及系统性能进行了研究，重点在于产生低相位噪声的高质量微波毫米波信号。本论文在分析了马曾调制器工作原理的基础上，提出了一种新型光学多倍频毫米波生成方案。该方案基于三个马曾调制器级联结构，通过设置调制器的直流偏置电压、射频驱动信号的幅度和相位差，可以实现六倍频、十二倍频和十八倍频的毫米波生成。理论分析和仿真结果表明，调制器的消光比、直流偏置电压和射频驱动信号的幅度均会影响生成毫米波的质量。实验研究了基于强度调制器级联的光学四倍频和光学八倍频毫米波生成系统，在射频驱动信号频率3GHz的情况下，实现了12GHz和24GHz的毫米波信号的生成。光学四倍频系统结构简单，无需任何滤波设备，输出的光谱光边带抑制比（OSSR）高于15dB，电谱电杂散抑制比（ESSR）高于25dB。光学八倍频系统采用了光学布拉格光栅FBG进行滤除中心载波附近的边带，输出的光谱OSSR和电谱ESSR分别达到了15dB和20dB。测量了生成的12GHz和24GHz毫米波信号在本地和远端的相位噪声，测得在频偏10kHz处的相位噪声分别低至-101.8dBc/Hz和-94dBc/Hz。实验数据验证了相位噪声恶化的理论分析，提出了降低相位噪声的途径，分析了光学外调制倍频系统的频率可调谐性和稳定性。