利用超短光脉冲对高速数字信号进行取样测量是现代信息处理、光网络中信号质量监测及高速光信号测量的关键技术。本论文对光取样技术在高速光子AD转换和光网络信号质量监测的应用进行了研究。建立了基于时分光取样的光子模数转换及异步光取样的实验装置,并进行了光子模/数转换实验研究和采用异步光取样获取幅度柱状图的原理实验。论文提出了基于时分取样方法的光子模/数转换,用1.25GHz,脉宽为7ps的光脉冲序列,实现对4.88GHz和3.7GHz正弦微波信号取样,并获得了6个比特的模/数转换精度。论文分析了光取样的主要误差源,并计算了取样脉冲的宽度、时间抖动和幅度抖动对模/数转换精度的影响。论文阐述了信号幅度柱状图法估算取样信号误码率的原理和方法,并利用被动锁模光纤激光器输出的亚皮秒脉冲进行了异步取样的原理实验,获得了2.5GHz微波正弦信号和2.5Gbits/s伪随机码的异步取样柱状图和10GHz光信号的波形。论文对利用异步取样数据实现软件同步恢复从而获得随机码信号眼图的算法进行分析,通过仿真结果证明了异步幅度柱状图法以及软件同步法对码型和码率都透明,并且应用该方法从异步采样数据中可成功地恢复了2.5GHz正弦微波信号的眼图。此外,论文工作还包括研制了对基于非线性偏振旋转效应的被动锁模激光器,获得到了重复频率约为5MHz,脉冲宽度小于1ps的锁模光脉冲序列。并对其输出脉冲的波形、电频谱及光谱进行了分析和测量。