随着科学技术的发展,特别是数字化技术的日臻完善,高速模数转换器件(ADC)得到了广泛的研究,在高清晰度电视、医用成像、雷达、数字化仪表、通讯等领域中有着巨大的应用前景。然而电子模数转换器由于受电子迁移率等限制,采样速率和有效位数有限,在超高速领域的应用中存在瓶颈。光学模数转换能够克服电子瓶颈,有效的提高采样速率并保证较高的有效位数,其方法和技术得到了日益深入的研究。本论文在分析全光模数转换的量化方法以及讨论超短光脉冲在光纤中的传输特性基础上,研究了飞秒光脉冲在高非线性光纤中实现孤子自频移和无啁啾飞秒脉冲光谱压缩的机理,建立了基于脉冲强度─波长转换进行量化的物理模型,设计了利用孤子脉冲在反常色散高非线性光纤中产生的自频移效应实现对高速率采样信号进行量化的实验验证系统,并通过对频移后脉冲的光谱进行压缩有效地提高了量化精度。量化实验验证系统采用自制的基于非线性偏振旋转效应的被动锁模光纤激光器作为量化信号光脉冲源,输出信号为中心波长在1550nm附近的飞秒脉冲,其峰值功率可达千瓦。该脉冲信号在反常色散的高非线性光纤中传输时受光纤中的非线性效应作用,将产生孤子自频移,导致脉冲的中心波长向长波方向移动,移动量可达到150nm。由于不同峰值功率的脉冲产生不同的波长移动量,从而可以实现脉冲强度—波长的对应转换,不同的波长代表不同强度的脉冲,从而完成对信号的量化过程。频移后脉冲经过另一段反常色散高非线性光纤,通过控制输入至光纤中的功率范围,实现了无啁啾孤子脉冲的光谱压缩,压缩比可达到4,经过光谱压缩后量化精度可超过4bits。实验中分别研究了脉冲在具有不同色散特性的高非线性光纤中的传输情况,分析了光脉冲特征及光纤参数对量化精度的影响。利用分步傅立叶方法数值求解广义非线性薛定谔方程,模拟了超短脉冲在光纤中的时域及频域演化特性,并与实验结果进行了对比,作为优化实验系统的依据。