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微波信号及微波频率梳（Microwave frequency comb,MFC）信号在通信、军事、医疗、信息等领域发挥着重要作用。由于传统电学方法主要是利用二极管、晶体三极管等电子器件的非线性效应来产生微波信号及MFC信号,但受所用电子器件的带宽限制,基于电学方法很难获得高频的毫米波和宽带的MFC。同时,通过电学方法产生的毫米波信号及MFC信号还面临频率不稳定、幅频特性差、相位噪声大等问题。针对上述电子“瓶颈”,光子学方法以其高速率、大带宽、低损耗、抗电磁干扰等特性展现出了极大的优势,因而,探索基于光学的手段和方法产生高频纯净毫米波信号以及宽带优质MFC信号无论从学术层面还是从应用层面均具有重要意义。由于半导体激光器（Semiconductor laser,SL）具有体积小、重量轻、成本低、可集成、可直接高速调制等自身独特的优势,在光注入、光反馈、光电反馈等外部扰动下能够输出单周期、多周期、混沌、频率锁定、规则脉冲、混沌脉冲等丰富的动力学状态,这些复杂的动力学状态在光生微波、光混沌保密通信、卫星通信、雷达系统、高速物理随机数产生以及MFC获取等诸多领域具有重要应用。基于此,本论文将围绕SL的非线性动态以及基于SL的高频毫米波和宽带MFC生成技术为选题,探索新颖的高频低噪单频微波信号和宽带优质MFC信号的产生方法。主要工作及研究结果如下:1.实验研究了双光注入SL的非线性动态特性及其演化规律。基于双光注入SL的实验系统,分析了注入强度及频率失谐对激光器输出不同复杂动力学态的影响;讨论了不同频率失谐组合下,双光注入SL呈现的不同动态类型。结果表明:在三种不同的频率失谐组合下,双光注入SL均存在A、B、C三种动态类型,且每种类型又包括一些典型的非线性动力学状态。再者,A、B、C三种动态类型与两个注入光的强度ξ1和ξ2密切相关。当注入强度ξ1和ξ2均较小时,双光注入SL呈现C类型动态;当其中一个注入强度增加时,双光注入SL呈现B类型动态;当注入强度ξ1和ξ2均较大时,双光注入SL一般呈现A类型动态。此外,通过对双光注入SL输出的动态类型在由ξ1和ξ2构成的参数空间的分布图进行分析,我们发现:两个注入光之间的竞争和平衡共同决定双光注入SL的动力学行为及动态类型,并且双光注入SL一般历经B类型到A类型、最后到AB类型的动态演变趋势。2.提出并实验验证了一种基于SL的高频纯净60 GHz带毫米波信号的产生方案。首先,基于光注入及电流调制SL的实验系统,探索了低阶的1/3和1/4次谐波微波锁定技术。研究结果表明:对于光注入SL单周期振荡产生的微波信号,通过引入频率约为微波信号频率的1/3和1/4的次谐波信号弱调制光注入下的SL,可使单频微波信号的线宽及相噪得到明显降低。同时,当改变调制功率Pm或调制频率fm时,微波信号将历经失锁—锁定—失锁的变化过程,且存在一定的Pm或fm可调区间,在该区间内微波信号能被有效锁定。基于上述低阶的次谐波锁定技术,进一步探索了高阶的次谐波锁定技术,并对采用1/4和1/9次谐波锁定技术获取高频纯净60 GHz带毫米波信号进行了研究。实验结果表明:对于基频f0为49.43 GHz（45.02 GHz）的单频微波信号,在采用1/4（1/9）次谐波调制以后,一个频率高达61.28 GHz（65.07 GHz）、相噪低于-96dBc/Hz（-98 dBc/Hz）的优质毫米波信号被获取。同时,对于1/4和1/9次谐波调制,通过改变调制频率fm并匹配相应的调制功率Pm,可以在实验上获得频率在一定范围内连续可调的高频低噪60 GHz带毫米波信号。3.提出并实验验证了一种基于SL的可调谐超宽带MFC的产生方案。对比了直接调制SL输出的种子MFC以及光注入到直接调制SL以后优化输出的最终MFC的性能;研究了注入功率Pi、调制频率fm、调制功率Pm变化对MFC的性能影响。研究结果表明:对于直接调制SL输出的种子MFC,当引入外部光注入以后,从光注入直接调制SL输出的最终MFC的性能将明显提升,MFC的带宽将显著增加,相位噪声将明显减少。再者,通过研究不同注入功率Pi、调制频率fm、调制功率Pm对MFC带宽的影响,结果发现:MFC带宽随Pi、fm、Pm改变而发生变化,同时在适当且相互匹配的上述参数取值下,我们可以获得可调谐超宽带MFC信号。4.提出并实验验证了一种基于SL的宽带均衡MFC的产生方案。基于光脉冲注入SL的实验系统,分析了直接调制SL1脉冲振荡产生的种子MFC以及将光脉冲进一步注入到另外一个SL2输出的最终MFC的性能;绘制了最终MFC的带宽随注入功率Pi及调制频率fm变化的曲线。实验结果表明:对于直接调制SL1输出的功率不均衡且带宽仅为14.4 GHz的种子MFC,进一步将该种子MFC注入到另外一个激光器SL2以后,能够从光脉冲注入SL2输出功率均衡且带宽高达33.6 GHz的最终MFC,同时所获最终MFC具有纯净的谱线特性和较低的相位噪声。再者,我们也讨论了最终MFC的带宽随注入功率Pi及调制频率fm变化的趋势。结果表明:随着注入功率Pi增加,最终MFC的带宽呈现先增加后减少的变化趋势,且在一定的注入功率范围内,能够获得功率均衡、带宽超过30.0 GHz的最终MFC。此外,所获MFC的梳距也具有广泛的可调谐性。