针对被目前大多微波光子I/Q下变频系统忽视的非线性失真问题，提出了一种基于偏振复用双平行马赫增德尔调制器（Polarization Division Multiplexing Dual-Parallel Mach-Zehnder Modulator，PDM-DPMZM）的大动态范围微波光子I/Q下变频系统.利用PDM-DPMZM并行地调制射频、本振和镜像信号，调节调制器的直流偏置并进行驱动信号功率控制，能够实现I/Q下变频及镜像干扰抑制，同时抑制三阶交调失真.实验结果表明，所提方案最终可以实现超过44 dB的镜像抑制，系统的无杂散动态范围达到110.5 （dB·Hz^4/5）.在5~20 GHz工作频率范围内，相位失衡和幅度失衡分别低于0.8°和0.6 dB.

微波光子学是一门研究光与微波相互作用的新型交叉学科，旨在利用现代光学技术实现高频宽带微波信号产生、传输、处理和测量.其中，微波光子传感是微波光子学一个重要的研究领域，它采用光学传感器实现温度、应变、压力等传感参量光域感知，基于微波光子技术实现光域传感信息到微波域的线性映射和转换，结合微波信号处理技术实现传感信号解调，具有传感精度高、测量速度快等显著优势.本文系统性地回顾了微波光子传感技术最新研究进展，介绍了各类微波光子传感技术的基本工作原理，并展望了未来的研究方向和发展趋势.

基于光纤的大传输带宽、微型传能通道、抗电磁干扰等优势，本文设计了一种光载信息能量同传方案.它基于光纤一体化分布式链路，结合微波光子模拟收发前端，同步实现能量远程配送与高频宽带信号的采集传输.首先，设计并测试了光纤传能（Power over Fiber，PoF）链路：高功率激光经多模光纤链路传输\mathrm{2}\text{?}\mathrm{k}\mathrm{m}后转换为百毫瓦级电能，为远端模块供电或电池充电.在此基础上，设计并测试了基于PoF的光载无线通信（Radio over Fiber，RoF）和电磁干扰检测链路.RoF链路实现了\mathrm{2.4}\text{?}\mathrm{G}\mathrm{H}\mathrm{z}频段的16QAM-OFDM宽带信号的\mathrm{2}\text{?}\mathrm{k}\mathrm{m}单模光纤传输；电磁干扰远程采集与监测链路实现了对高铁GSM-R（Global System for Mobile Communications-Railway）无线频段的带内干扰、邻带干扰和带外干扰的检测与识别等.相关方案和系统在易燃易爆、强电磁干扰、强辐射等特殊场景具有重要应用价值.

本文提出了一种基于偏压调制的双环谐波锁模光电振荡器仿真模型.该模型包括了利用电光调制器偏压调制实现的模式锁定、采用微波信号与滤波器冲激响应卷积实现的模式选择，以及基于双环信号相干叠加的超模噪声抑制.采用改进的脉冲跟踪法实现了双环信号的同步演化仿真.基于提出的模型仿真了谐波锁模状态下的输出微波脉冲信号的波形、频谱、超模噪声抑制和相位噪声特性，仿真结果与实验结果相符.该仿真模型可用于设计基于偏压调制的双环谐波锁模光电振荡器，以及研究双环腔内的动力学过程，有助于获得高超模噪声抑制比的微波信号.

在雷达系统中，为了实现对目标的高精度、多维度测量，产生雷达信号是一个基本而又重要的环节. 本文提出了一种微波光子四倍频复合雷达信号产生方法，该复合雷达信号包括单啁啾线性调频信号和单音微波信号. 利用单音微波信号和单啁啾线性调频信号实现目标径向速度的测量，使用单啁啾线性调频信号实现目标距离测量和高分辨率微波成像. 在发射端，使用微波光子四倍频技术生成了瞬时带宽为2 GHz的正啁啾线性调频信号和频率为13.2 GHz的单音微波信号. 在接收端，目标回波信号经去斜后用来实现距离和径向速度测量以及高分辨率逆合成孔径成像. 实验结果表明，测量得到的目标的距离和径向速度绝对误差分别不超过4.2 cm和1.7 cm/s，多个探测目标成像结果清晰可辨.