数字信号相比于模拟信号有着更灵活和更稳定的特点,从而使得数字信号处理技术广泛应用于各个行业与诸多领域,模数转换器的重要性也愈发凸显。电子和通信技术的快速发展使得对模数转换器(ADC)的采样速度和精度提出了更高要求。如果要进一步的提高性能,需要减小芯片的时间抖动,纯电模数转换器由于受“电子学瓶颈”等因素的限制,目前它已经基本接近理论极限,进一步降低时间抖动极其困难。上个世纪七十年代S.怀特等人提出光学模数转换的概念,该技术一直受到国内外广泛关注。而光学模数转换技术将能有效克服电ADC时间抖动的问题。本文研究了结合波分复用和时分复用技术的光采样系统。重点分析和解决了影响采样系统性能的一些关键问题。首先,详细的阐述了实现128GSa/s多波长采样系统的基本原理和采样过程,阐述了系统所包含的组成部分。本光采样系统对低重复频率宽光谱脉冲依次进行16路波分复用和32路时分复用得到了128GSa/s的采样脉冲序列,经光电调制器调制采样后,由解波分复用过程可得16路采样信号,进行并行处理。针对时分复用的结构特性进行了理论分析和数值模拟。时分复用系统路径插入损耗的不一致和路径多样性均会使得采样脉冲幅度抖动,同时该系统也存在延迟控制问题。本文使用精密光纤调制器和衰减器控制时间延迟和平衡幅度抖动。针对偏振态混乱的问题,本研究设计了偏振调制式和自保偏式两种复用结构。详细叙述了两种方案控制偏振态的原理,搭建了两种复用结构的采样系统,对正弦信号进行采样测试,并结合采样结果对两种方案了比较,分析了各自的优缺点。最后阐述了时分复用方案的制作工艺。对于波分复用系统,则提出了实现精确时间延迟的方法。波分复用系统的时间延迟间隔过小,很难直接测定。本文提出使用自相关仪,引入标准比对光纤,以标准比对光纤的光程为基准,通过自相关峰的时间间隔准确的反映波分复用各信道的延迟时间。分析了色散所产生时问间隔误差,并在波分复用系统各信道设置额外延迟的方式补偿色散误差的影响。