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模数转换器（Analog to digital converter,ADC）是将模拟信号转换为数字信号的重要器件，在雷达领域、通信系统中有着广泛应用。高采样速率、高精度的ADC才能满足人们对ADC日益增长的需求。近年来，电模数转换器（Electronic ADC，EADC）发展迅速，采样率得到了大幅提升，但受限于电采样时钟抖动等固有因素，采样精度很难进一步突破。光模数转换器（Photonic ADC,PADC）充分发挥光子技术超宽带、高稳定性、低抖动的优势，突破了“电子瓶颈”的限制，是提高ADC性能的有效途径。PADC采用超低抖动的主动锁模激光器（Actively mode-locked laser,AMLL）和被动锁模激光器（Passively mode-locked laser,PMLL）作为光子模数转换系统光源，为满足超高采样速率的要求，结合光时分复用（Optical Time division multiplexing,OTDM）和波分复用（Wavelength division multiplexing,WDM）技术方案，进一步提高系统的采样速率，实现高采样率、高精度的模数转换系统。 本文利用AMLL高重复频率、低抖动的特点，通过WDM的技术方案得到高速率时钟信号，对基于主动锁模激光器的波分复用的光模数转换（AMLL-WDM-PADC）系统架构进行了设计，同时对其进行理论分析，加以初步实验验证，实现了高采样率、高精度的光子模数转换系统。提出了系统非线性抑制方案，首次将双端口的调制器应用在AMLL-WDM-PADC中，提高了系统的无杂散动态范围,并对这一方案进行了理论仿真和实验验证。最后探索了AMLL-WDM-PADC对于宽带信号的采样。 本文的研究内容主要分为以下三个方面： （1）研究了AMLL-WDM-PADC的系统架构方案，对此光子模数转换系统进行了理论分析，从理论上验证了AMLL-WDM-PADC达到高采样率、高精度指标的可行性。然后提出了AMLL-WDM-PADC的非线性抑制方案，首次将双端口调制器应用在AMLL-WDM-PADC系统中以提高系统的线性度和无杂散动态范围，并对这一技术方案进行了建模仿真和分析。 （2）对AMLL-WDM-PADC进行了初步实验验证，搭建了AMLL-WDM-PADC的实验系统，依次研制采样时钟产生模块、宽带电光采样模块、并行多通道量化模块和高精度数据重建模块。实现了采样率为40 GS/s的高速光模数转换系统，对于信号频率位于0.1GHz-12.1 GHz的待采样信号，有效比特位大于6 bits。同时首次在实验中验证了AMLL-WDM-PADC的非线性抑制方案。设计了AMLL-WDM-PADC可重构系统的方案，通过利用主动锁模激光器重复频率可调的特性，实现系统的可重构性。 （3）探索了AMLL-WDM-PADC的宽带信号采样技术，将线性调频信号（LFM）作为待采样的RF信号输入到光模数转换系统中，对基于LFM的采样和量化过程进行理论分析和系统仿真，研究了调制器带宽和光电探测器带宽对系统性能的影响。