光学频率梳简称光频梳,从频域上看是由一系列严格等间距的谱线组成的梳状谱,可应用于计量学与光谱学。传统光频梳是由锁模激光器产生的,时域对应于一系列重复周期高达飞秒量级的超短光脉冲。近年来,基于克尔非线性效应高品质因子谐振腔的光频梳产生方式引起了广大学者的兴趣。采用连续光场泵浦谐振腔,通过级联四波混频效应激发成百上千根谱线。由于其可集成、功耗低、系统简单等优点,使得基于谐振腔的光频梳能更广泛的应用于光谱学、通信、微波光子学等诸多领域。然而由于谐振腔内涉及到复杂的三阶非线性效应,基于谐振腔的光频梳在理论与实验上还有许多待研究之处。本文研究基于微纳谐振腔的光学频率梳的理论建模、算法设计、仿真分析、实验平台搭建及其应用等相关问题。本文建立了基于氮化硅谐振腔的理论模型,并设计了相应的仿真算法,通过仿真分析了泵浦光功率、色散、拉曼效应等对光频梳的影响。另外还重点探究了另一种特殊的光频梳——孤子光频梳的产生方案,从物理角度解释了稳定孤子光频梳产生的原理。通过对现有孤子光频梳产生方案的仿真,指出了现有产生孤子光频梳方案中的不易控因素,并在此基础上提出了一种新颖的通过双泵浦光产生谱线间距可调光学频率梳的方案。与现有方案相比,在本文提出的新方案中,失谐量依然起到举足轻重的作用。然而由于本文提出的方案中不存在失谐量调节速率的问题,因此,与传统孤子光频梳相比,本文的方案对孤子光频梳的产生更具有可控性;另外,通过调节泵浦光的频率间距,也可实现对孤子光频梳谱线间距的控制。本文还建立了基于硅谐振腔的中红外光频梳产生的理论模型,并进行了算法设计,通过仿真指出方案中对中红外光频梳产生影响最大的因素为自由载流子密度,并针对性地提出了解决方案。与传统的中红外谱产生装置相比,基于硅谐振腔的中红外光频梳具有超宽谱,装置简单等优点。在应用领域,设计了基于微纳谐振腔的光频梳应用于毫米波信号产生的方案,采用实际器件的参数对方案进行仿真,通过仿真验证了光频梳用于毫米波通信的可行性,并分析了噪声、激光器线宽、滤波器带宽等因素对传输信号的影响。