模数转换器（analog-to-digital convertor,ADC）是将连续的模拟信号转换成数字信号的关键技术,是信号处理系统成功的关键因素。但是大多数电子ADC的采样速率和系统带宽有限,无法满足高速信号采集需求。光学时间拉伸（Photonic timestretch,PTS）技术可以作为一种预处理方法,使高频信号在被采样和量化之前降低频率,从而使得电子ADC可以正常采集到高频信号,这样便可以提高系统的有效采样率和模拟带宽,实现高速宽带数据采集。但是利用PTS系统作为高速数字化预处理器有以下三个关键问题:第一,啁啾光脉冲包络是动态变化的并且不是平坦的,因此,它会引入动态失真,降低了系统的精度（通过有效比特数来评估,即ENOB）。第二,电光调制器会带来非线性响应,谐波信号和交调信号也会降低数字化的精度。第三,作为高色散的微波光子链路,光学时间拉伸系统的有效性依赖于高色散量,而较大的时间窗口和拉伸因子又会诱发色散功率代价,这会严重限制系统带宽。本文针对以上三个关键问题进行了理论分析和实验验证,主要内容如下:1、针对动态变化的不平坦包络对系统精度的影响以及电光调制器带来的非线性失真问题,本文利用双输出push-pull调制结构输出互补信号来解决。在数值仿真分析的基础上搭建实验系统,实现了拉伸倍数为8.85、时间窗口为3.57ns的PTS预处理系统,在单音信号输入下能达到接近4bit的有效位数、54.37dB的二阶谐波抑制比。实验结果表明这种方案下的PTS系统能够很好地抑制非线性失真并能动态地去除包络,系统可以得到比较高的有效位数。然而,由于系统是采用的双边带调制方式,色散功率代价对于建立宽带系统有极大地限制。2、针对色散功率代价对系统带宽限制的问题,本文利用输出互补的两路单边带调制结构来解决。在数值仿真分析的基础上搭建实验系统,得到在25GHz频率范围内最大功耗为6dB,对频率范围为2～25GHz的单音微波信号进行数字化处理,有效位数均能大于3bit。其中,对于10GHz的单音输入微波信号,有效位数达到3.75,二阶谐波抑制达到了16.87dB。结果表明,系统不仅能够同时消除动态不均匀包络并抑制非线性失真,并且由于采用了单边带调制方式,色散功率代价也被完全消除,尽管引入了新的相位偏移问题,但是可以在数字域通过补偿运算消除。