微波信号源是射频信息系统（无线通信、雷达、电子战、深空探测）的“发动机”，决定了系统性能的上限。利用光子学手段产生微波信号可以克服电子技术在信号载频、带宽、电磁干扰以及噪声上的种种限制。然而，现有的微波光子信号产生方案存在体积较大、系统复杂、难以调谐等问题，限制了其在实际系统中的应用。因此，亟需突破现有微波光子信号产生方案的限制，发展新型高性能微波光子信号产生技术。半导体激光器因其具有体积小、易集成等优点，现已成为高性能微波信号产生的一种潜在优选方案。本文采用光注入技术，突破了半导体激光器本征弛豫振荡频率的限制，辅以多维动态参数操控，实现了可调单频微波信号和宽带微波波形的产生。针对该微波信号产生技术面临的调谐范围小、信号质量低和重构性差三个关键问题展开研究，具体研究工作如下：
　　理论分析了光注入半导体激光器的非线性动力学特性，仿真研究了不同动力学状态的特征及分布、系统非线性动态的演变路径以及系统参数影响非线性动态演变的规律，结果表明更大的线宽增强因子有助于增强单周期振荡态范围，为拓展产生微波信号的频率范围奠定了理论基础。建立了微波信号产生的理论模型，仿真和实验结果表明产生单频微波信号的调谐范围可从数 GHz 至上百 GHz；结合提出的基于次谐波调制和光电反馈的性能提升方案，有效提升了单频微波信号的边模抑制比、相位噪声和频率稳定性。
　　在基于光注入半导体激光器的脉冲信号产生技术方面，本文提出了基于时域合成的三角波脉冲产生方法，揭示了延时和幅度不确定度影响所合成三角波波形的机理，获得了重复频率可调谐的三角波脉冲序列；基于光注入和脉冲压缩技术，实现了6.5-15 GHz重复频率可调谐的窄脉宽光脉冲信号产生。
　　为实现宽带可重构波形产生，采用仿真和实验相结合的方式，研究并阐明了光注入下单周期振荡态的亚纳秒量级高速频率切换特性；基于调制光注入结构，提出了动态注入参数控制的微波信号瞬时频率操控方法，实现了高速跳频序列、线性调频信号等多种宽带波形信号产生，时宽带宽积超过1.2 × 105，且主要波形参数均可重构；采用傅里叶域模式锁定技术和偏振调制的倍频技术，有效提升了频谱纯度、频率调谐范围和信号带宽；应用于高分辨雷达系统，可有效提升距离分辨率，实验获得了2.46 cm的距离分辨率。
　　综上所述，本文研究的微波信号产生方案具有体积小、结构简单和性能高的优点，从“源”头上为未来多功能、多任务、综合化射频系统的发展提供了一种有效的方案。