光梳状滤波器具有独特的周期性幅度滤波或相位滤波性能,因而在光通信和微波信号处理领域倍受关注。诸如,取样光纤光栅(SFBG)型、Mach-Zehnder干涉仪型、高双折射光纤型等梳状滤波器已广泛应用于波分复用/解复用器、多信道色散补偿器、高速光脉冲源、微波滤波器、以及实时微波频率测量技术等。与此同时,伴随着新技术和新需求的不断涌现,光梳状滤波器的研究和应用正面临着许多新的挑战和机遇。以此为选题背景,本文对SFBG型和高双折射光纤型梳状滤波器进行了研究:从理论上着手研究了SFBG型梳状滤波器的信道中心波长分布规律和滤波信道密集化技术;从新型应用的角度出发,设计了基于高双折射光纤型梳状滤波器的实时微波频率测量方案和基于等效梳状滤波效应的重复速率可调型光脉冲序列生成方案。SFBG型梳状滤波器的理论研究和分析主要借助于Fourier级数法、Fourier变换法和传输矩阵法。运用Fourier级数法、Fourier变换法推导得到信道中心波长、滤波信道间隔的理论结论,再用传输矩阵法数值验证结论的正确性。对高双折射光纤型梳状滤波器和等效梳状滤波效应的应用研究侧重于新方案设计,然后搭建实验平台论证新方案的有效性和优势。基于以上分析方法和研究思路,本文的主要研究内容和成果如下:深入研究了均匀、切趾型、大啁啾型SFBG信道中心波长的分布规律。在均匀和切趾型SFBG中,利用Fourier级数法将SFBG分解成一系列子光栅,单独求解每个子光栅的反射峰波长,即SFBG各阶信道的中心波长;其分布规律受占空比、取样周期和相位匹配条件的影响。针对大啁啾型SFBG,将啁啾效应等效成离散相移,以Fourier变换法获得Talbot效应下的波长偏移量;此偏移量与均匀SFBG信道中心波长之和为大啁啾效应下的信道中心波长。首次提出在SFBG中应用周期性啁啾结构实现滤波信道密集化。周期性啁啾结构由多个结构一致的啁啾周期(或超结构)构成。啁啾效应导致的相位分布同时满足Talbot相位条件和相位空间2π的整数倍等效关系,从而以频域Talbot效应实现了信道密集化。并对周期性啁啾结构进行了扩展:将相位条件由二次扩展到高次,将结构设计的自由度从一维扩展到三维。探讨了取样方案在设计超窄带平坦滤波器和一维光子晶体型滤波器中的推广应用。基于SFBG的等效相移技术和光栅的多相移技术在SFBG的-1阶反射带上形成一个窄带(约为数十皮米)、平坦的透射峰,即超窄带平坦滤波器。将一维光子晶体中高、低折射率层交替排列的反转等效定义为π相移跳变,借助优化算法获得相位跳变点,从而将二元相位取样方案巧妙地用于设计一维光子晶体型梳状滤波器。应用色散光纤或偏振调制器(PolM),分别设计了具有可调谐测量频段或宽带测量频段的实时微波频率测量方案。利用色散光纤的色散斜率,构建两个不同的色散导致的微波功率衰减函数,并从两者的比值中反解得到微波频率;以调整波长间隔的方式改变功率衰减函数,实现了可调谐的测量范围。借助PolM和检偏器,同步得到两个调制深度一致的强度调制光和相位调制光。引入色散效应,由相位调制和强度调制光信号分别得到两互补型微波功率衰减函数;对比两互补型衰减函数计算出微波频率,扩大了频率测量范围。应用高双折射光纤型梳状滤波器,设计了两种基于光功率检测的实时微波频率测量方案。载波抑制型小信号调制下,将经微波信号调制的两路光信号的载波波长分别置于Sagnac环梳状谱的波峰和波谷处进行滤波,然后对比两波长上的光功率得到待测微波频率。采用单个光波长和一对互补型梳状滤波器实现了更为稳定的频率测量方案。同样在载波抑制型小信号调制下,光信号的载波波长同时置于一对互补型梳状滤波器中一个滤波谱的波峰和另一个滤波谱的波谷:检测并对比两滤波器输出端的光功率从而获得微波频率。后一种方案不仅减少了光源的数目,而且完全消除了光源功率波动对频率测量的影响。设计了重复速率简易可调的高速光脉冲序列生成方案。结合PolM和偏振分束器,奇次、偶次光边带在两个偏振态上得以分离,实现了等效梳状滤波效应:其频率选取间隔随驱动微波频率而自动调整,无需额外的物理调节机制。基于等效梳状滤波效应,生成了二倍频重复速率的归零码(RZ)和载波抑制归零码(CS-RZ)光脉冲序列,大为简化了重复速率的调节过程。