超大容量光通信、慢光存储、超高精度计量等前沿研究,要求光器件和光子集成芯片具有多维(包括幅度、相位和偏振)、高精细的频谱操控能力。在研制、生产和应用这些光器件和光芯片的过程中,必须精细测量出其在多个维度上的光谱响应。目前,仅有基于光单边带调制的光矢量分析技术可实现光器件多维光谱响应的高精细测量,但该方法具有测量带宽小、非线性误差大、无法测量带通器件等缺点。针对这些关键问题,本文提出并研究了基于光双边带调制的光矢量分析技术,具体研究工作如下:首次提出了基于光双边带调制的光矢量分析技术,通过对光载波移频实现非对称光双边带调制,经光电转换后使两个一阶边带所携带的响应信息分别转换到两个不同频率的微波信号上,采用微波幅相检测即可获取待测器件在光载波两侧的频谱响应。相比于传统的基于光单边带扫频的光矢量分析技术,本方法突破了测量系统中光电子器件和微波器件工作带宽的限制,将单通道测量带宽提升了一倍;由于所检测信号与高阶边带所产生的拍频信号在频率上不同,测量结果不会受到高阶边带的影响。提出并实验论证了三种基于光双边带调制的光矢量分析技术方案。基于声光移频法与非对称双边带调制的光矢量分析技术可测量幅度响应,且其动态范围和信噪比高,适合测量带通光器件;基于受激布里渊散射与非对称双边带调制的光矢量分析技术可同时测量幅度与相位响应,可实现较大的边带抑制比,残留边带对系统影响较小;基于双驱动调制器与非对称双边带调制的光矢量分析技术可同时测量幅度与相位响应,结构简单,且测量结果无明显畸变点。此外,本文对测量系统的性能进行了研究,通过解析分析和数值仿真相结合的方式分别研究了非对称光双边带信号中残留边带、原载波和高阶边带对光矢量分析准确度的影响。本文还提出了关键测量性能提升技术,基于光频梳的测量带宽拓展技术可实现测量带宽大于1THz的光矢量分析,共模噪声抑制技术可消除光源功率波动和电光调制器非线性等对测量结果的影响。综上所述,本文提出了新型光矢量分析方案,即基于光双边带调制的光矢量分析技术,实现了多维度、大测量带宽、高精度的光矢量分析,并采用理论分析与实验验证相结合的方式进行了初步研究。可在高精细光器件和创新光子集成芯片的研制和应用中获取新数据,从而有力支撑前沿研究领域的创新和突破。