模数转换器（Analog to digital converter,ADC）是连接模拟信号与数字信号的桥梁。在信息处理过程中,模数转换器扮演着非常重要的角色,尤其在高速通信、雷达系统以及医学成像等领域,发挥着重要作用。然而,由于时间抖动以及比较器模糊等局限性,传统的电ADC很难满足现代通信系统对高采样速率和高转换精度这两个主要方面的需求。为了克服这些瓶颈,借助光子技术的模数转换方案成为模数转换领域热门的研究方向之一。目前已报道的多种光模数转换方案中,基于移相光量化的全光模数转换（OADC）方案具有结构简单等优势,且具有可集成的巨大潜力。因此,论文围绕基于移相光量化原理的光模数转换器展开了研究,从系统层面分析其性能及量化增强方案。论文的主要工作如下:（1）搭建了基于移相光量化的级联多模干涉耦合器（cascade step-size multimode interference coupler,CSS-MMI）型 OADC 的系统仿真平台及OADC性能测算平台。仿真分析了有效量化位数（effective number of bits,ENOB）为 3.32 bit（10个量化等级）的 OADC 的系统性能（采样光脉冲重复率为50 GHz,正弦模拟信号为7.11 GHz时）。通过分析各单元器件的误差对ENOB的影响,给出了当要求OADC保持ENOB大于等于3 bit时各个单元器件应达到的指标要求,对OADC芯片的整体设计具有重要指导意义。（2）提出了一种提高OADC量化位数的方案。与基于CSS-MMI的OADC方案相比,该方案在提高量化位数的同时,大大减少了系统中单元器件数量和输出端口数量,由此大大减小了系统复杂度。该方案采用一个1×4 MMI和一个3×5MMI实现了 5个通道的移相光量化,在此基础之上,通过增加一个并联的马赫曾德调制器（Mach-Zehndermodulator,MZM）并使其半波电压是前端用于采样的相位调制器的二倍,即可实现6个端口输出20个量化等级（ENOB为4.32 bit）的全光量化;而基于CSS-MMI的OADC则需要9个端口并只能输出18个量化等级（ENOB为4.17 bit）。通过对比上述新旧两种方案的系统性能表明,当ENOB下降1 bit时,所提新方案可容忍高达9.6%的采样脉冲幅度抖动和高达0.5 ps的采样脉冲时间抖动,以及16%的MMI输出通道功率不均衡度;相比之下,旧方案（CSS-MMI 9端口方案）仅能容忍5.3%的幅度抖动和0.4 ps的采样脉冲时间抖动,以及10.9%的MMI输出通道功率不均衡度。进一步验证了论文所提新方案的鲁棒性。