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模数转换(Analog-to-digital Conversion, ADC)作为将模拟信号和数字信号联系起来的纽带,是联系模拟传感器和数字信号处理系统不可缺少的环节。随着检测自动化技术的发展、计算机的广泛普及和数字信号处理器的日益成长,ADC器件的重要性越来越突出。本论文的研究意义在于扩展光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber, PCF)的应用范围,研究并提供高性能的ADC方法,在先进的宽带雷达、电子侦察等信号处理中将有良好的应用前景。主要研究内容和创新性成果如下：(1)理论和仿真研究平坦的超连续谱(Supercontinuum Spectrum,SC)产生。利用高非线性PCF组合传统光纤方案,仿真产生了宽度为491nm的SC,且平坦度在+/-0.5dB范围内的斯托克斯和反斯托克斯带宽总共为100nm,完全适合作为时域展宽模数转换(TimeStretched Analog to Digital Conversion, TS-ADC)系统的宽带光源,仿真中仅仅使用了0.45m的PCF,缩减了成本。(2)基于大色散PCF的TS-ADC系统研究。将模拟信号调制到线性啁啾且平坦的SC光脉冲上,利用大色散PCF,将调制信号进行时域展宽,仿真得到了3.3TSa/s的有效采样率和660GHz的有效带宽,由于采用了新型色散媒质,大大缩短了使用光纤的长度,降低了设备的复杂度,减小了发射功率,同时减小了多个放大器和带通滤波器对信号带来的畸变。(3)基于PCF的TS-ADC系统改进。首先利用相干探测取代传统的直接探测,带来了探测能力强、转换效率、信噪比、稳定性和可靠性高等优点。然后利用相位调制取代传统的振幅调制,抑制了由于放大器和带通滤波器不理想给脉冲振幅带来的随机抖动。(4)提出将时域展宽模块组合四波混频(Four-wave Mixing,FWM)模块方案以实现高采样率的全光ADC方案。仿真实现了对两组40Gb/s伪随机序列40倍的展宽,并采用单边带调制避免频率选择性衰落,在四波混频模块输出端得到了采样序列,有效采样率高达1.6TSa/s。(5)在基于PCF的TS-ADC系统研究基础上,理论和仿真研究了PCF的非线性对系统的影响,并将其与单模光纤(Single Mode Fiber,SMF)和色散补偿光纤(Dispersion Compensation Fiber, DCF)的非线性做了比较,三种光纤都会在不同的输入功率值或是输入脉冲宽度条件下与没有非线性作用曲线进行拟合,相比较而言,PCF对输入脉冲宽度变化最不敏感,就TS-ADC系统,PCF更适合做展宽媒质。