集成的高相干性自参考光频梳（Optical frequency comb）在超快精密测距、光学频率合成、光学时钟等领域展现出巨大的应用前景。为实现低噪声且倍频程展宽的光频梳,本文首先研究了基于单晶氮化铝材料的光学微腔,及倍频程Kerr光频梳的产生,并首次展示了基于这种材料体系的单泵浦、低噪声、高相干性的倍频程Kerr光孤子。由于Kerr光频梳的自由频谱范围（Free spectral range,FSR）比较大,为精确测定它,本文还研究了基于薄膜铌酸锂材料的光学微腔,设计了一种电学和光学双谐振的结构,并且产生了电光调制型的光频梳。本文也详细介绍了这种电光频梳的产生机理。外延生长的单晶氮化铝材料具有高的线性和非线性折射率及大的禁带宽度（～6.2eV）,有望实现集成的非线性光学器件。为了弱化氮化铝与衬底蓝宝石晶格失配对微环传输损耗的影响,论文对厚度为1.2μm的氮化铝微环谐振腔进行了设计,同时首次采用低成本、易于大面积制作的紫外光刻定义图形,并通过三层掩膜转移图形,最终实现了氮化铝薄膜的完全刻蚀,提高了微环的模场限制能力和非线性。测试结果表明,紫外光刻和干法刻蚀工艺可以完美复现微环近临界耦合状态时与直波导0.5μm的间距,且弯曲半径为60μm的氮化铝微环TM00与TE00模式的本征品质因子Qint分别可达1.5×10~6和2.1×10~6,对应波导的传输损耗为0.26和0.17 dB/cm,实现了高Q值微环的制作。利用高Q值的氮化铝微环,首次实现了250 mW的低泵浦功率下,倍频程展宽的Kerr光频梳,频谱展宽范围从1200-2400 nm,并且在波长调谐过程中发现了Kerr效应和拉曼效应的竞争与共存现象。此外,利用拉曼效应辅助,通过泵浦正常色散区的TE00模式,实现了宽带的双光梳的产生。但拍频噪声测量结果表明这些光频梳还不是光孤子频梳。为了实现孤子态的光频梳,论文提出了一种简单的产生倍频程光孤子的方案,即利用泵浦模式红失谐区的高阶模式辅助稳定孤子态访问过程中的微腔热效应,从而通过单个泵浦源和简单的波长调谐就可以产生倍频程的光孤子。测试结果显示,当泵浦功率为350 mW时,在速度为1 nm/s的波长正向调谐下,首次观测到了基于氮化铝平台的倍频程光孤子,频率覆盖范围从130到273 THz（1100-2300 nm）,且基于二次谐波产生的自相关测试表明了目前的光孤子时域脉冲宽度小于30 fs。同时,实验中还观测到了目前最宽的10 GHz（80 pm）的孤子访问窗口。得益于此,最终通过单步波长阶跃调谐,首次实现了光孤子的直接产生。介绍了基于铌酸锂的双谐振结构增强型电光频梳产生方案,用于产生具有20 GHz FSR的光频梳,以满足氮化铝Kerr光频梳FSR（>360 GHz）的测量要求。理论研究表明光学微腔Q值的衰减可以通过电学结构的调制深度β来补偿,因此通过设计法布里-珀罗腔结构来增强微波电场的调制深度。通过优化行波和驻波电极结构以及制作工艺,实现了20 GHz附近70 m-1的微波传输损耗及Qint可达1.2×10~5的铌酸锂光学微环腔,并由此计算出驻波电极相对于行波电极的调制增强因子大于2。分别测试了基于行波和驻波电极调制结构的电光频梳,其中行波电极下的频谱带宽最大仅1.64 nm,而驻波电极结构的可至2.96 nm,充分证明了双谐振增强型电光频梳在展宽频谱上的优势。