全光采样技术依赖光子技术的发展,将采样过程放在光域处理,从根源上彻底摆脱电子器件固有的瓶颈问题,具备更大的采样带宽。全光采样技术的发展必将对未来高比特速率信息处理、实时码型监测、全光信息网络等领域起到很大的推进作用。本文针对目前全光采样系统所存在的体积大、功耗高、不易集成等问题开展了研究工作,所取得的成果概括如下:(1)优化设计了两种大负色散波导。第一种为条槽混合型大负色散波导,该波导在1550nm处实现的最大色散数值为-1.54253×10~6ps/(nm·km),在C+L宽波段范围内实现了大负色散平坦特性;第二种为双槽型大负色散波导,利用槽型波导对电磁场的强束缚能力,在1550nm处实现的色散数值为-3.645×10~5ps/(nm·km)。该色散波导可用于片上全光采样系统或未来片上色散补偿光纤通信系统,以及片上全光信号处理系统。(2)优化设计了两种零色散平坦波导。第一种为氮化硅条型沟槽波导,该波导在1300nm到2000nm波段范围内实现了近零色散平坦,在1552nm处色散数值大小为0.84ps/(nm·km),色散变化斜率为0.00767ps/nm~2·km;第二种为三明治状双条零色散平坦波导,该波导将零色散平坦特性拓展至近红外波段,在2000nm实现的色散数值为-0.5084ps/(nm·km),在1900nm到2100nm波段色散波动小于1.7ps/(nm·km),具有宽波段内零色散平坦特性。(3)基于非线性四波混频效应(Four-Wave Mixing,FWM)进行了全光采样研究。利用所设计的零色散平坦波导中的FWM效应进行全光采样。通过大负色散波导对采样光脉冲引入啁啾效应实现脉冲重频倍增,进而实现对模拟信号采样,利用10GHz的高斯采样脉冲对同等重复频率的NRZ码和正弦信号均实现了80Gsa/s的有效采样,相对采样幅值误差小于2.167%。本文利用所设计的波导进行全光采样,为未来相关光子器件的片上集成提供了可能。