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光电混合振荡器(OEO)是一种产生极低相位噪声微波毫米波的新兴光电子器件。近来年，因其在毫米波产生、任意波形产生、光频梳产生、光信号处理、雷达等通信领域的重要应用而倍受青睐。本论文围绕OEO分为三部分展开研究工作。 第一部分是研究OEO产生信号的相位噪声问题。论文中以反馈振荡器的Leeson模型为基础，从传递函数和噪声来源两个角度理论分析了OEO产生信号的相位噪声特点。研究了光纤长度，电滤波器带宽等因素对OEO传递函数的影响，同时也分析了激光器的相对强度噪声，光电探测器的散弹噪声，电放大器的热噪声，OEO环路中的闪烁噪声以及振荡功率等因素对OEO输出信号相位噪声的贡献，并理论给出了实现-160 dBc/Hz@10 kHz极低相位噪声的条件。为了抑制副振荡模式，论文在第一部分还研究了并行双环结构OEO的基本原理。 第二部分是突破OEO的调谐问题。论文中巧妙的利用由相位调制与光滤波所构成的新型微波光子滤波器代替传统OEO链路中的电滤波器，克服了经典OEO的窄带调谐问题，实现了3.39-57.50 GHz的超宽带基频可调谐OEO，这是目前国际上所实现的最宽调谐范围的基频OEO。同时对其所产生宽调谐振荡信号的相位噪声进行了实验分析与理论研究。实验中测得所有调谐频点的单边带相位噪声均低于-120 dBc/Hz@10kHz，并验证了基频OEO相位噪声与振荡频率无关的特点。理论上结合该宽调谐OEO结构与Leeson模型研究了其单边带相位噪声分布特点，分析了目前所实现噪声水平的限制因素，给出了实现极低单边带相位噪声的实验条件。为了抑制副振荡模式，论文中还搭建了基于该调谐结构的并行双环OEO，并对所产生信号及其单边带相位噪声进行了对比研究。 第三部分则是攻克OEO的高频率产生瓶颈。论文中将集成于光学F-P的铌酸锂相位调制器即光梳调制器应用于OEO链路中，实现了25 GHz甚至50GHz高重复频率宽带光频梳与低相位噪声射频信号的同时产生，解决了基于调制型高重复频率光频梳产生中的相位噪声问题。对于25 GHz重复频率的光频梳产生了多达200根梳齿，这也是目前国际上基于OEO所实现的最宽光频梳，其相应25 GHz微波信号的单边带相位噪声达到了-122 dBc/Hz@10 kHz水平。此外，对于光梳调制器不同驱动信号的相位噪声做了比较，以20 GHz信号为例，基于本论文OEO方案比频率综合发生器方案在10 kHz频偏点处的相位噪声要低30 dB，这意味着所产生光频梳的绝对线宽得到了改善。该方案可应用于低噪声高频率毫米波乃至太赫兹波的产生，也可应用于高重复频率低时间抖动光学短脉冲的产生。