随着科学技术的不断发展，人们对信息的需求量日益剧增，光通信技术逐渐成为克服通信网络电子学瓶颈的有力竞争者。作为一种光信号处理技术，时域成像源于时空二元性原理，即光波空域衍射和脉冲时域色散在数学表述上的一致性。基于此原理，可将空间透镜和空域成像的众多成熟技术类比到时域，产生出时间透镜和时域成像等一系列新型时域光信号处理方式。时域成像技术极大地丰富了高速光信号的产生、调制、提取、测量方法，成为了近年以来的研究热点和前沿。在本论文中，主要研究了基于光子晶体波导四波混频效应的时域成像系统，及基于光脉冲延迟和提前产生时间间隙的时间斗篷信号隐藏系统。本文的主要工作有以下几部分。　　1.概述了时域成像技术的研究背景和意义;回顾了时间透镜和时域成像的发展历程和研究现状;总结了时域成像技术在时域光信号处理方面的若干重要应用，以及近年来时域成像技术研究的重要进展和热点方向。　　2.介绍了时空二元性原理的数学描述;分析了时间透镜的物理机理，不同产生方法和各自的性能指标;推导了时域成像系统的经典理论模型，分析了系统各部分的主要功能和系统输入输出情况。　　3.提出了基于慢光调制光子晶体波导中四波混频效应的时域成像系统;通过平面波展开法计算了光子晶体波导的模式曲线和色散系数;通过求解四波混频耦合波方程，分析了时域成像过程中输入、泵浦、输出信号的功率和相位变化情况;研究了时域成像系统的时域放大功能，分析了不同放大率时的输出信号时域展宽和相位分布，分析光子晶体波导色散和载流子效应对系统性能的影响;研究了时域成像系统的时域傅里叶变换功能并计算了系统参数。　　4.提出了一种基于可调光延迟和提前产生时间间隙的时间斗篷信号隐藏系统;利用傅里叶变换理论分析了时间斗篷的物理机制;提出输入脉冲信号通过逻辑与门分为两路，分别通过色散和相位调制，可在相邻脉冲之间产生宽度可调强度为零的时间间隙;论证了时间间隙开闭和时域事件隐藏，并研究了时间斗篷系统的光信号加密传输应用。