模数转换器(Analog-to-digital converter,ADC)是连接模拟信号和数字信号的桥梁,是发展超宽带数字系统的关键前端接口器件。现代数字系统的飞速发展对现有电子ADC提出了大带宽、高速率的要求。为了从根本上解决微电子技术中固有的电子瓶颈问题,提出了以光子技术对模拟信号进行数字化处理的全光ADC,它可实现电子ADC所无法达到的大带宽高速率等性能。全光ADC主要包括三个部分,即采样、量化和编码。其中对模拟信号的全光采样,在过去的几十年间已经得到了充分的研究,而全光量化作为全光ADC中的关键部分,其实现技术仍有待提高。除此之外,在现有的全光ADC研究方案中依然存在很多问题,其中包括大模拟带宽的情况下很难获得高量化分辨率、集成化、小型化和低功耗等关键问题。本文针对全光量化中可集成、低功耗的问题,利用新型的槽型波导结构和具有优秀非线性特性的硫族化物材料,研究其三阶非线性光学效应及其超连续谱的产生、全光量化的实现,并对提高全光量化性能的脉冲压缩开展研究。其研究内容和取得的创新性成果如下:1、介绍了全光ADC在现在数字通信系统中的重要地位,回顾了全光ADC中全光量化技术的研究现状,分析了现有的几种全光量化技术。2、推导了描述光脉冲在非线性介质中传输、演变的非线性薛定谔方程,并介绍了非线性薛定谔方程的两种数值求解方法,讨论了色散和非线性对脉冲传输特性的影响。3、在分析硫族化物槽型波导几何结构对色散和非线性影响基础上,对波导的几何结构进行了优化并用于产生超连续谱。研究了超连续谱用于全光量化的实现机理,提出了一个基于硫族化物波导中产生的超连续谱的全光量化方案,对所提出的量化方案进行了数值仿真,在1.5 cm长的波导中运用900 mW峰值功率阈值,实现了一个4-bit的全光量化系统,分析了该系统的量化性能,得到其有效位数(ENOB)为3.98-bit。研究了量化器固有量化误差的成因以及其分析、计算方法。4、基于压缩后的短脉冲可提高全光量化性能,设计了基于可变宽度的槽型波导实现脉冲压缩的方案。所设计的波导结构的有效模场面积低达0.1μm2,非线性系数高达160W-1m-1。运用7.6W峰值功率的1.5 ps脉冲入射到1.4 cm长的波导中,使脉冲压缩到了 14.78 fs,实现了超过100倍的脉冲压缩系数。本文利用新型的波导结构和硫族化物的良好特性,从理论上研究了该波导的非线性特性,对其在全关量化中的应用进行了探索研究,为可集成、高性能、低功耗的全光量化提供理论研究和实现方案。