众所周知,模数转换器在电子通信系统中占据着举足轻重的地位。虽然近年来模数转换器性能得到快速发展,但是其发展速度仍旧远远落后于数字信号处理的发展速度。对于目前高速通信应用,如医学成像、雷达通信系统以及其他先进的电子仪器设备,模数转换器的采样速率、量化精度等性能成为限制高速数字信号处理应用发展的瓶颈,因此对于模数转换性能提高的研究就显得非常必要。光学辅助模数转换技术凭借着其优良性能逐渐引起研究人员的关注。本论文通过深入研究利用光纤作为色散元件的时域展宽模数转换技术,针对其中的问题提出改进方案,主要工作和成果如下：(1)详细分析光纤色散效应对光纤中脉冲传输的影响,对基于光学辅助的时域展宽模数转换系统进行理论分析与数学建模；(2)分析了光子晶体光纤的结构参数对色散特性和非线性特性的影响,提出了一种基于光子晶体光纤的光时域展宽模数转换系统方案,利于简化系统结构；(3)提出了一种去包络算法,大大降低了展宽模拟射频信号的幅度失真度；(4)提出了一种基于相位调制-相干探测技术的时域展宽模数转换系统方案,对该系统模型进行了数学建模与数值分析；并与已有采用幅度调制的系统进行了对比分析,结果表明相位调制系统输出的信号功率比幅度调制系统略高,同时系统精度更高。本论文通过对上述四个方面的分析,在深入理解时域展宽模数转换系统的原理之后,提出了改进了该系统的研究方案,并提出优化算法,为进一步对时域展宽模数转换技术的研究提供了参考。