模数转换器(Analog-to-digital Converter,ADC)是将模拟信号转化为数字信号的器件。通信、科研等领域信号处理的带宽和精度的不断提升对模数转换器的采样率和精度提出了更高的要求,而数字信号的处理与储存技术的不断发展也为模数转换器的发展提供了有力支撑。传统的电学模数转换器经过了几十年的发展其带宽、采样率和精度也在不断提高,但由于电子瓶颈对电采样时钟抖动的限制继续大幅提升精度变得较为困难。因此近年来研究人员将具有超带宽、高稳定性等特点的光子学技术引入模数转换器的设计希望突破电子瓶颈的限制,以进一步提高模数转换器的性能。现有的基于强度调制器的光模数转换方案具有偏置点漂移、双臂结构不对称等制约模数转换性能的因素,而相位调制器则不存在偏置点漂移和结构不对称问题,同时还具有高线性度等优点,这些都为实现基于相位调制器的高精度光模数转换提供了条件。本文主要研究了基于相位调制器的高精度光模数转换技术,说明了其工作原理,分析了影响系统性能的主要因素,并进行了实验,验证了系统的可行性和有效性。首先,本文介绍了基于相位调制器的光模数转换系统的结构,对这一方案的工作原理从相位变化和偏振态变化两个角度进行了分析,给出了该系统的信号恢复方法。其次,本文介绍了衡量模数转换系统性能的主要指标,分析了会影响到该光模数转换系统性能的主要因素,其中包括光采样时钟幅度抖动、光采样时钟时间抖动、光采样时钟偏振态变化、多波长系统中存在的波长相关性等。最后,本文介绍了基于相位调制器的光模数转换系统的实验结果。介绍了单波长实验的实验系统结构及所用仪器,介绍了所用的OTDM模块结构,对该系统的双端口恢复方法对光采样时钟幅度抖动影响的抑制进行了实验验证,分析了手工制作的OTDM模块各级时延误差对恢复结果的影响,并与实验结果对照得到了验证;对光采样时钟偏振态的调整和校正流程进行了介绍,介绍了对实验结果的校正流程及处理结果,得到了583MS/s采样率下6.38bits有效比特的模数转换结果;最后介绍了基于OTDM和WDM的128GS/s光采样时钟重复率倍增模块的测试结果。