一种基于非线性偏振旋转效应的全光微波倍频器，包括：第一连续光半导体激光器、第一偏振控制器、电光强度调制器、微波信号源、第二连续光半导体激光器、第二偏振控制器、光放大器、第三偏振控制器、光耦合器、非线性光电器件、带通滤波器、偏振分束器、光环形器、光纤光栅、第一光电探测器和第二光电探测器，采用串联的方式连接。本发明可解决现有光生微波及上变频方案难于摆脱对高频外置微波源的依赖，生成信号的光载波波长受限，转换效率低下，甚高频微波信号产生困难等技术问题。