信息领域一直是全球科技深耕的行业,在2020年国家“十四五”规划中也将信息科技列为当前创新发展战略目标之一。然而,随着信息系统性能要求不断提升,通信速率和带宽逐渐成为瓶颈。为了解决这一问题,微波光子技术作为关键技术之一被提出,它将光子技术与微波射频技术进行融合,具有大带宽、高速率、低损耗和抗电磁干扰等优点,广泛应用于通信、传感、航空航天、军事国防、生物医学等领域。光子技术不仅在宽带信号处理方面取得了多项进展,在高速成像领域也有望发挥重要作用。本文结合所承担的国家自然科学基金等项目,针对基于光子技术的宽带信号处理和高速成像,包括微波光子信号生成、瞬时微波频率测量和光时间拉伸成像系统,开展了一系列深入的理论、仿真及实验研究,主要取得了以下创新成果:1.提出并仿真研究了一种相位可调二倍频微波光子信号生成方案。结合双平行偏振调制获得正交偏振态下的两路载波抑制光边带,然后利用相位调制引入相移,最后拍频得到一个满足0～360°相位变化的二倍频微波信号,信号频率范围为22～40GHz,且相位响应近似平坦。方案无需滤波器及波长相关器件,具备频率可调性高的特点。2.提出并实验研究了一种基于频谱操作的倍频三角形脉冲信号光学产生方案。采用10GHz正弦信号强度调制,获得具有五个偶数阶光边带的调制光谱,然后通过光谱整形对各阶光边带进行控制,通过影响调制信号的频谱进而改变其时域特征,最终获得重复频率为20GHz的三角形脉冲信号。方案具备灵活的调制指数,重复频率的调谐性高。3.研究了基于偏振调制的可调谐瞬时频率测量（IFM）机理。利用偏振调制和偏振分束原理在不同光偏振维度上对微波信号进行加载和分离,然后采用色散所致的射频功率衰落效应获得幅度比较函数（ACF）,从而进行频率估计。分别采用偏振角和直流偏置电压两种控制方式实现测量范围（2～17.3GHz）和精度（<±0.15GHz）的可调谐。在此基础上提出并研究了单ACF判决型和双ACF判决型的可调谐IFM系统,实现测量范围和精度的同步提升,最大测量范围为2～20GHz,最高精度约100MHz。4.提出并实验研究了一种基于深度学习的时间拉伸高速成像系统。采用定量相位成像方法,对无标记的高通量细胞进行成像。然后在数据处理阶段采用深度卷积神经网络,有效缩短处理时间至毫秒量级。系统在加速细胞分类识别的同时还具有很高的检测精度,平衡准确率和F1分数分别为95.74%和95.71%,可应用于具有细胞分选功能的流式细胞术中。