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微波光子学融合了微波技术与光子技术的优点，广泛应用于微波信号的产生、处理、控制与分配等领域。其中，光电振荡器(OEO)因其超低的相位噪声性能成为了一个重要的研究热点。基于此认识，本文围绕着降低OEO噪声，进一步提高其性能开展了研究，进而探索将OEO应用于电频率梳的产生及绝对距离测量等方面。
在提高OEO性能方面:1)对OEO的理论模型进行了研究，主要分析了光幅度噪声以及闪烁噪声对OEO相位噪声的影响，修正了现有准线性参数模型，从原理上解释了OEO近端相位噪声服从1/f3规律的现象，其分析结果与实验现象吻合；2)针对长光纤引入的光幅度噪声恶化OEO相位噪声的问题，提出了在OEO结构中加入增益饱和半导体光放大器抑制光幅度噪声的方案，实验表明该方法可将OEO的相位噪声降低3dB；3)对基于锁相环稳定OEO腔长方案中的锁相环参数进行了分析，对环路带宽参数进行了优化，得到最优环路带宽为50Hz；4)提出了光开关切换网络与双向可变光延时线级联的光延时系统方案，光程连续可调范围达到米量级，解决了大温度范围下腔长稳定的问题；5)在以上工作基础上，结合工程化设计研制出高性能的OEO样机。样机在输出频率为10GHz和16.5GHz时，相位噪声低于-140dBc/Hz@10kHz，边模抑制比达到75dB，频率稳定度为4.2×10-11@10s，工作温度范围在0～40℃，并且通过了功率谱密度为0.04g2/Hz的振动筛选试验。
在OEO的应用方面:1)提出了基于外调制OEO的电频率梳产生方案。将经典OEO结构中的滤波器替换为混频器，在保持低相位噪声特性的同时，使OEO具有被外调制的功能，增加了起振频率范围。产生了频谱宽度在7～14GHz，频率间隔在5GHz内可调的电频率梳信号，谱线的相位噪声为-115dBc/Hz@10kHz；2)提出了交替起振OEO的绝对距离测量方案。利用交叉式2×2光开关结构解决了参考和测量环路不能完全分离的问题。通过光开关的切换使参考和测量环路交替起振来消除OEO腔长漂移，无需腔长控制，简化了系统结构。在等效7.5km待测距离，相对测量精度达到4.5×10-10，完成一次测距的时间为40ms。在目标运动速度为20mm/s时，测距误差在±5μm以内。
在提高OEO性能方面:1)对OEO的理论模型进行了研究，主要分析了光幅度噪声以及闪烁噪声对OEO相位噪声的影响，修正了现有准线性参数模型，从原理上解释了OEO近端相位噪声服从1/f3规律的现象，其分析结果与实验现象吻合；2)针对长光纤引入的光幅度噪声恶化OEO相位噪声的问题，提出了在OEO结构中加入增益饱和半导体光放大器抑制光幅度噪声的方案，实验表明该方法可将OEO的相位噪声降低3dB；3)对基于锁相环稳定OEO腔长方案中的锁相环参数进行了分析，对环路带宽参数进行了优化，得到最优环路带宽为50Hz；4)提出了光开关切换网络与双向可变光延时线级联的光延时系统方案，光程连续可调范围达到米量级，解决了大温度范围下腔长稳定的问题；5)在以上工作基础上，结合工程化设计研制出高性能的OEO样机。样机在输出频率为10GHz和16.5GHz时，相位噪声低于-140dBc/Hz@10kHz，边模抑制比达到75dB，频率稳定度为4.2×10-11@10s，工作温度范围在0～40℃，并且通过了功率谱密度为0.04g2/Hz的振动筛选试验。
在OEO的应用方面:1)提出了基于外调制OEO的电频率梳产生方案。将经典OEO结构中的滤波器替换为混频器，在保持低相位噪声特性的同时，使OEO具有被外调制的功能，增加了起振频率范围。产生了频谱宽度在7～14GHz，频率间隔在5GHz内可调的电频率梳信号，谱线的相位噪声为-115dBc/Hz@10kHz；2)提出了交替起振OEO的绝对距离测量方案。利用交叉式2×2光开关结构解决了参考和测量环路不能完全分离的问题。通过光开关的切换使参考和测量环路交替起振来消除OEO腔长漂移，无需腔长控制，简化了系统结构。在等效7.5km待测距离，相对测量精度达到4.5×10-10，完成一次测距的时间为40ms。在目标运动速度为20mm/s时，测距误差在±5μm以内。