时间透镜不仅可以实现对信号光脉冲的压缩或拉伸,还可以实现时域和频域之间的相互转换,在信号处理上展现出了强大的功能。因此,时间透镜在超短脉冲的产生,超短脉冲的检测,以及实时频谱分析等各种领域有着诸多的应用,并且具有极大的发展潜力。时间透镜的实现方法主要有四种,每种不同实现方法均有着自己的特点。本文则是主要围绕其中基于四波混频(FWM)效应的时间透镜实现方法,对时间透镜的各种功能进行了仿真,对可能造成结果误差的因素进行了分析,并对时间透镜的结构性能进行了一定程度上的优化。最后,验证并讨论了时间透镜在非线性傅里叶变换中离散本征值变换方面的应用。本文完成的主要工作可以总结如下:(1)以时间-空间对偶性原理为切入点,分析比较了空间近轴单色光的衍射和时域窄带光脉冲的色散之间存在的相似性。并从数学上推导和分析了时间透镜的原理,时域傅里叶变换的条件及原理,时域成像的条件及成像规律。(2)围绕基于FWM效应的时间透镜,对其傅里叶变换和时域成像的功能进行仿真。并分析了系统结构参数的变化对时间透镜成像的影响。(3)针对FWM时间透镜中SPM效应的影响,推导了SPM非线性相移的形成原因,并仿真验证SPM非线性相移的补偿方法。随后利用SPM的补偿结构,对时间透镜的性能进行了优化。(4)依据时间透镜所具有的对信号压缩或拉伸的功能,提出了一种时间透镜在非线性傅里叶变换中的应用场景。即可以利用时间透镜的成像,实现不同离散谱本征值对应的时域波形之间的转换,随后利用仿真对其进行了验证。