片上高Q微环谐振器凭借其小尺寸、窄带宽及灵活调谐等特性，成为微波光子学领域实现高性能滤波器、延迟线、频率梳及信号处理等核心功能的关键元件，近年来得到广泛的关注与研究。本文围绕片上高Q微环谐振器的设计及其在微波光子学领域的应用展开综述。首先，阐述高Q微环谐振器的基本结构特征、理论分析方法及关键性能参数，为理解和设计高Q微环谐振器提供理论基础。其次，从材料平台选择、制造工艺优化和波导结构设计三个角度讨论高Q微环谐振器的实现方法，并汇总其研究进展。进而，重点分析其在微波光子滤波器、光电振荡器等微波光子系统中的典型应用。最后，总结其面临的主要挑战，并对其未来发展进行展望。

宽带任意波形作为现代电子系统的核心信息载体，其波形质量直接决定了系统在探测精度、抗干扰能力、频谱效率、数据传输速率等方面的关键性能指标。然而，传统电子学生成方法受限于“电子瓶颈”，在信号带宽、调谐灵活性等方面面临严峻挑战。微波光子信号产生技术以其大带宽、低相噪和灵活的信号重构能力，为突破上述局限提供了新的技术路径。在微波信号光学合成架构中，光电振荡器作为产生高纯度微波信号的核心方案之一，受到广泛关注。在此基础上发展出的锁模光电振荡器，进一步拓展了生成信号的带宽与调制格式，为宽带任意波形的光学合成奠定了关键技术基础。本文系统性地介绍了基于锁模光电振荡器的宽带任意波形光学合成技术。首先，深入阐述了傅里叶域锁模、宽带注入锁定与主动锁模三类典型锁模光电振荡器的工作原理。在此基础上，全面梳理并对比了本课题组及相关团队在该领域的代表性成果，进而探讨了该技术在高分辨率雷达、通感一体化、激光雷达成像等领域的应用潜力，最后对该技术存在的关键挑战与潜在研究方向进行了总结与展望。

微波光子滤波器是一种将微波信号调制到光频域，并借助光电子器件在光域内对微波信号进行滤波的器件，相比于传统电学微波滤波器，其具有频率调谐范围大、频谱重构灵活以及抗电磁干扰等优势，在无线通信、雷达、电子战系统中具有广泛的应用前景。随着集成光电子技术的发展，微波光子滤波器也逐渐由分立光纤器件向集成化方向发展，以大幅减小体积、重量、功耗和成本。本文从集成微波光子滤波器的系统架构、工作原理以及性能出发，详细综述了非相干型和相干型集成微波光子滤波器的最新研究进展，分析了当前面临的技术难点与挑战，并对集成微波光子滤波器的未来发展趋势进行了展望。

相控阵天线波束可控性强，调控速度快，是雷达、通信等无线电系统的关键技术之一。随着无线电系统向高频率和大带宽方向发展，相控阵天线面临通道串扰加剧、高频段电磁波损耗增加、波束倾斜严重等挑战。相较于传统电子学技术，光子学技术具有抗干扰性强、损耗低、带宽大等显著特点，通过光域调控电磁波有望突破传统电子学相控阵的性能瓶颈。与此同时，硅基光电子集成技术的发展进一步促进了光子技术在微波、毫米波相控阵中的应用。本文重点围绕光延时相控阵、激光空馈相控阵及光控超表面天线三种典型光电融合微波毫米波相控阵天线，分析其中关键技术，并综述其相关研究进展。最后，对光电集成技术在光电融合相控阵天线领域的发展前景进行了展望。

为突破传统电学磁场传感器在复杂电磁环境中的性能瓶颈，本文系统综述了微波光子磁场传感技术的研究进展与发展趋势。微波光子磁场传感技术通过将磁场导致的光信号变化通过微波光子链路进一步映射至微波域，从而实现高性能磁场测量。本文重点阐述了微波光子磁场传感技术的核心原理及演变路径，包括光电振荡器与微波光子滤波器传感系统，分析其在提升磁场灵敏度、响应度、分辨率及动态响应方面的关键作用。同时，结合神经网络建模与误差补偿算法，讨论了非线性迟滞、温度串扰与系统噪声对测量性能的影响及其抑制策略。微波光子磁场传感技术能够实现静态、交流及矢量磁场的高分辨快响应测量，结合信号处理技术可以显著增强系统的抗干扰能力与环境适应性，为电力监测、空间探测及生物医学等领域提供高性能解决方案，并推动磁场传感技术向微型化与智能化方向发展。

时域自成像（Talbot）效应是空间Talbot效应在时域中的对偶形式。该效应在不同色散条件下或可实现脉冲序列的精确再现、或产生重复率倍增的脉冲序列；同时，其内在的实时傅立叶变换性质，能够将调制信号的频谱直接映射至输出的时域波形。本文系统梳理了时域Talbot效应的主要现象和基本原理，重点介绍其在微波光子学中应用的研究进展，包括脉冲重复率控制、脉冲无源放大与微弱信号恢复、实时频谱分析、任意波形生成等关键应用。结合我们近期的相关成果，进一步展示了该效应在非均匀采样、光计算、无间隙频谱分析及宽带信号处理等方面的潜在应用。时域Talbot效应以其无源、线性的特点，为光通信与微波光子学中的高速信号处理提供了丰富而高效的实现途径。

针对通信感知一体化系统存在的抗多址、多径、窄带等能力弱的问题，提出一种基于光子学扩频相位编码的通感测一体化系统，该系统的关键是微波光子相位编码和扩频技术的结合。将每个用户的通信比特流扩频、扰频后加上直流偏置并编码到线性调频连续波上生成一体化信号，通过光子学去啁啾实现了雷达功能的同时辅助了通信同步，并利用阵列化系统实现了三维定位，有效实现实际场景中通感测一体化融合。仿真结果表明，在生成通信速率为12.5 Mb/s、扩频因子为256的一体化信号情况下，信干噪比为负时依然可以进行可靠通信；雷达的信干比可达33 dB，空间分辨率为12 cm，三维定位均方根误差为0.492 m。此外，灵活调节频率和扩频因子等参数，可以适应雷达和通信的不同需求。这是三维定位和光子学扩频码分多址ISAC系统的首次仿真演示。

提出了一种基于六边形网格结构的自适应可编程光子信号处理器，其单元由马赫-曾德尔干涉仪组成。该处理器凭借其灵活的拓扑重构能力，通过冠豪猪优化算法，可以实现包括非对称马赫-曾德尔干涉仪、光学环形谐振腔在内的多种滤波响应。基于此，通过配置不同自由光谱范围的鉴频单元，实现了宽带粗测与窄带精测相结合的多级协同测量方案，显著提升了测频量程与精度。此架构非常适合构建可扩展的光子系统，为实现高性能、低复杂度的光学计算与互连提供了一种切实可行的解决方案。

在对半导体激光器单周期振荡进行理论与仿真的基础上，进行了基于光注入半导体激光器单周期振荡态产生单频信号与宽带雷达波形的实验研究，验证了利用所提方法产生可调谐单频信号与宽带可重构雷达波形的可行性。此外，针对产生信号性能受限于半导体激光器本征噪声等问题，在单频信号产生系统中引入双环路光电反馈结构，有效抑制了单频信号相位噪声；在宽带雷达波形产生系统中引入傅里叶域锁模结构，有效提升了信号带内信噪比与频率稳定度。最后，利用光注入半导体激光器单周期振荡的波形产生系统构建了单发单收与多发单收阵列雷达系统，发射信号为8 GHz（10~18 GHz）带宽的线性调频信号，通过目标探测实验验证了基于光注入半导体激光器单周期振荡的雷达波形产生在实现高分辨目标探测应用中的可行性。