电学的信号产生方法难以实现在现代雷达系统、数据存储以及量子信息等领域中所需的数十GHz信号带宽。基于光学方法的信号产生可以提供更大的带宽、更低的功率损耗以及抗电磁干扰能力,成为近年来的研究热点。在众多光学信号产生方法中,基于光子回波技术的信号产生借助掺稀土离子晶体中数十GHz的非均匀展宽可以实现高传输速率以及大时间带宽积信号的产生。本文的主要工作包括:1.首先归纳总结了光子回波技术的研究背景、国内外研究现状及目前存在的问题,对比分析了基于光学信号产生的方法。利用二能级体系的密度矩阵运动方程,推导了光学布洛赫方程,在此基础上给出了光子回波产生的脉冲配置,利用布洛赫矢量模型对布洛赫矢量演化过程进行了动态分析。2.利用啁啾脉冲光子回波的脉冲压缩特性,提出了一种基于步进啁啾控制脉冲激励光子回波的信号产生方法。以脉冲编码调制信号产生为例,通过调节步进啁啾控制脉冲的子频带数与子频带之间的时间延迟可以获得Gbit/s量级的传输速率,该方法有效抑制了传统频移方案中的脉宽误差。同时,利用多个步进啁啾控制脉冲方案,通过调节控制脉冲个数和子频带数实现了大时间带宽积的周期三角波信号,信号时间带宽积可达到10~5量级。3.提出了一种基于光子回波的高截止频率低通滤波器,具体分析了基于光子回波的光子滤波模型的脉冲压缩及降噪特性。结果表明脉冲压缩比与输出信噪比受探测脉冲啁啾率的影响,呈现出先增加后减小的变化趋势,在同一探测脉冲啁啾率处达到最大值。此外,随着输入信噪比的增加,滤波模型的降噪能力会明显下降。在此基础上,利用sinc函数参考脉冲以及狄拉克函数控制脉冲实现了一种基于光子回波的高截止频率低通滤波器,其截止频率可达20GHz。