时域自成像效应,也被称为时域Talbot效应,是空间自成像效应对应在时域中的一种现象。时域自成像效应具体表现为周期光脉冲序列经过具有特定色散量的色散介质的传输后,在输出端得到与输入信号具有相似特性的周期性脉冲序列。基于时-频对应性,将时域自成像效应的实现机制对应到频域中,在频域中发现了相应的自成像现象。目前,时域自成像效应凭借其独特的性能在光脉冲串重复频率倍增、光脉冲信号无源放大、时域短脉冲的拉伸或压缩、光计算等方面都得到了广泛应用。本文首先对时域自成像效应的国内外研究现状和基本原理展开详细的介绍,根据时域自成像效应的实时傅里叶变换特性,设计了基于时域自成像效应的任意波形产生（Arbitrary Waveform Generator,AWG）系统,并进行详尽的理论分析,重点搭建了实验平台进行了实验验证。基于时域自成像效应中的离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform,DFT）特性,针对时域自成像效应中输入脉冲序列调制周期数有限的情况进行了深入的分析和探讨,进一步对有限长度脉冲序列DFT的计算误差进行了仿真研究。另外,基于时-频对应性阐述了频域自成像效应的基本原理,探讨了基于频域自成像效应的相关应用。本文的主要研究内容和学术贡献如下:1、研究并设计了基于时域自成像效应实时傅里叶变换特性的光子AWG方案,搭建了系统性实验验证平台,进行实验研究,并给出了详尽的仿真结果,结果表明了该方案的可行性。通过对光脉冲序列调制上包含不同频率成分的射频信号,脉冲经过色散传输后再进行低通滤波,可以产生具有任意波形包络的信号。该方案突破了传统基于数字信号处理AWG中数模转换器采样率大小的限制,同时系统结构更加简洁,在响应速度方面也有很大提升。2、研究了时域自成像效应中的DFT特性,考虑到实际应用中序列调制周期的有限性,分析了DFT计算误差与调制周期数等参数的定量关系,为时域自成像效应在光计算中的应用奠定了基础。针对不同参数分别进行了仿真研究,结果表明调制周期有限脉冲序列的DFT计算误差仅与调制周期的数量有关,同时给出了满足不同误差容限情况下,DFT计算所需的最少调制周期数量。该研究的结论对光信号的处理和分析有重要的指导意义。3、基于时-频对应性,将时域自成像效应的实现机制对应到频域中,探讨了频域中的自成像效应,进一步分析了频域自成像效应在光频梳加密以及在信号无源放大中的应用。阐述了频域自成像效应能够灵活控制信号频谱谱线的特性,然后从理论和仿真角度研究了二次相位调制和多级相位调制实现频域自成像效应的方法。频域自成像效应对于信号频谱谱线的精准控制,有望为频梳产生等应用提供潜在解决方案。