微波光子学架起了光学和微波工程学的桥梁,克服了电子学处理微波信号时的固有限制,是一个具有多重功能的、灵活的光子学平台,有着非常广阔的应用前景。半导体激光器作为一种可靠、高效、易集成、可直接调制的相干光源,在不同的光注入条件下表现出注入锁定、单周期振荡、四波混频等多种非线性行为,这些具有不同性能和特点的非线性行为能够应用于微波光子学中的多个分支,并且拥有无需使用外部微波源实现微波信号的全光产生和全光处理、处理方式灵活、易集成、系统简单等优点。因此,研究光注入半导体激光器技术在微波光子学中的应用具有非常重要的现实意义。本文重点研究基于光注入半导体激光器的边带锁定和单周期振荡行为实现微波信号的产生和处理、光频梳的产生和优化。具体来讲,本文利用边带锁定效应实现了微波光子滤波器,利用单周期振荡行为实现了微波信号的产生以及光频梳的产生,并利用光电反馈技术、次谐波调制技术结合四波混频效应分别实现了光生微波信号性能和光频梳性能的优化。本文的主要工作如下:1.介绍了微波光子学和光注入半导体激光器技术的研究进展,重点介绍了常见的光生微波方案的原理和系统结构、光注入半导体激光器典型的非线性态在微波光子学中的应用方向,总结了近年来相关应用的研究进展;2.基于边带锁定效应构建微波光子滤波器,并进行了仿真研究;实验实现了通带中心频率可调谐、带宽约为40MHz、带外抑制比为25d B的微波光子滤波器;3.基于单周期振荡行为实现光生微波,仿真研究了光电反馈技术对产生的微波信号性能的改善效果以及该方案的可调谐性;实验得到的频率为8.0236GHz的微波信号,相位噪声低至-117.13d Bc/Hz@10k Hz;4.基于单周期振荡行为产生光频梳,仿真研究了利用次谐波调制技术结合四波混频效应对产生的光频梳性能的改善效果;实验得到了稳定不抖动的梳齿间距为4GHz、18d B范围内具有14根梳齿和梳齿间距为5GHz、在19d B范围内具有13根梳齿的光频梳。