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光学模数转换技术是实现高速模拟信号数字化,突破传统电ADC电子瓶颈最有前景的技术。光学模数转换技术在转换速度、转换精度、安全性、抗干扰等性能方面都最具竞争力。它对现代通信意义重大。自1975年Taylor提出光相位编码模数转换概念以来,全世界已经进行了40多年的研究,提出了许多新方案和方法,光学ADC的研究仍然是一个世界性的挑战。无论是关键器件,关键技术还是整体构架,都还没有取得突破性进展。在了解国内外研究动态的基础之上,本文研究并提出了一种新的模数转换方案,解决了Taylor光学ADC方案采样频率和量化精度相互限制的不足。首先,对Taylor方案及其改进方案进行了研究。研究发现这些方案均未能突破采样速率和量化精度的相互限制,从而带来需要工作电压过高的不足。针对这些问题,本文提出基于光学倍频的模数转换方案。该方案利用M-Z的非线性调制产生调制信号的各阶谐波,并提取特定谐波构成相位编码阵列,解决了Taylor光学ADC方案中由于调制电极呈2n加倍而引起渡越时间限制采样速率和量化精度的不足,简化了模数转换系统前端电路系统。其次,研究了用于光学倍频的模数转换方案的倍频谐波信号产生和获取方法。本文理论分析和研究了各种无滤波器的1、2、4、8倍频技术,提出了一种双平行M-Z调制器再并联一个单臂M-Z调制器的产生16倍频方案,并用仿真实验进行了验证。第三,联合OptiSystem和MATLAB搭建了倍频信号产生仿真系统和基于倍频方法的光学模数转换系统。系统能够支持带宽19 GHz的射频信号的模数转换,有效位数5 bits,量化等级扩展至32个。最高位的采样速率达到304 Gs/s。仿真结果表明,本文提出的基于光学倍频的模数转换方案是可行的。