模数转换器是模拟信号转换为数字信号过程中的关键器件。随着信号处理对带宽和精度需求的提升,对模数转换器的采样率和精度提出了更高的要求。电模数转换器(eADC)性能已经接近“电子瓶颈”,难以有进一步提高。结合了光子学技术的模数转换器,具有高带宽高精度优势,为提高模数转换器的性能提供了新的解决方案。在光模数转换系统中,由于采样光脉冲非负的特点,直接利用光电探测器进行光电转换得到的信号含有大量的携带直流的分量,从而占用大量后端量化的量程,严重降低光模数转换器的性能。将平衡探测技术应用到光模数转换系统中,能够使得探测输出的信号中携带直流的分量相互抵消,从而充分利用后端量化的量程。然而,平衡探测器输入通路不一致将会限制基于平衡探测光模数转换系统的性能。本文针对基于平衡探测技术的光模数转换系统展开了研究,阐述了其工作原理,分析了平衡探测器输入通路不一致对系统性能影响,并结合实验进行了验证。首先,本文结合TIPADC系统,介绍了光电转换的原理、光电探测器的性能参数以及相关电路的设计,并针对光电探测器的噪声进行了详细的分析。介绍了平衡探测技术的工作原理,并对基于平衡探测的光模数转换系统进行了理论分析,给出了系统ENOB与平衡探测器输入通路不一致之间的关系。其次,本文基于平衡探测技术的光模数转换系统进行仿真分析,给出了仿真结构和仿真过程,设计了仿真程序。分析了平衡探测通路增益不一致、时延不一致、PD带宽以及PD的响应不一致对系统ENOB的影响。最后,搭建了基于平衡探测技术的光模数转换系统两通道实验平台,并给出了相应的实验结果;针对基于平衡探测的光模数转换系统中平衡探测器的两输入通路在增益和时延上的不一致对系统的性能的影响进行了分析,通过实验验证了部分仿真结果。