模数转换器(Analog-to-digital converters,ADC)是现代数字处理技术(DSP)的重要器件,ADC在无线通信、雷达系统、测试测量、以及生物医学成像方面具有极其重要的应用。随着5G、先进的卫星通信等技术的快速发展,ADC朝着超宽带、高精度的方向发展。传统电ADC的模拟带宽和采样率受到采样时钟抖动、采样保持电路建立时间、比较器模糊等诸多“电子瓶颈”的限制,而光子学所具有的低时钟抖动、大带宽、抗电磁干扰等特性,可以突破电ADC的性能壁垒。作为时钟的锁模光纤激光器(Mode-locked laser,MLL)与电时钟相比,其时间抖动要小几个量级,尤其是光纤中的低损耗色散介质可以提供大的时延,这些优势共同推进了基于光子学方法的模数转换器(Photonic analog-to-digital converters,PADC)采样宽带电信号技术的发展。基于时间拉伸技术的光子模数转换(Time-stretch PADC,TS-PADC)系统是光模数转换器中的一种,利用这一技术可以实现超高采样率和超大模拟带宽,但是因为受限于较大的传输损耗,系统的有效比特位数(Effective number of bits,ENOB)相比于其他PADC系统略低。本文的研究重点是高精度时间拉伸光子模数转换(TS-PADC)技术,内容包括:TS-PADC系统链路分析、通道失配分析、基于CFBG的TS-PADC系统样机实现与优化以及高精度验证实验。具体研究内容从以下三个方面展开:(1)总结梳理了几种主要的基于光子学方法的模数转换技术,并对比其优缺点。通过对TS-PADC技术最新研究动态的跟踪,指出目前基于时间拉伸的PADC亟需解决的是高精度的问题;(2)研究了TS-PADC系统的基本原理。针对上述的高精度问题,对该系统的通道失配问题进行了理论分析和仿真;对提出的后端时域交织复用方案可能出现的通道失配问题进行了仿真分析,并提出了需要达到高精度,对系统参数的要求。(3)研究了高精度TS-PADC系统的具体实现方式,完成了基于CFBG的两通道TS-PADC系统验证性实验并完成了系统样机。并针对实现高精度的优化方法进行了相应探究性实验。