随着微波通信系统对信号传输速率和系统带宽需求的不断提升,模数转换器（Analog-toDigital Converter,ADC）和数模转换器（Digital-to-Analog Converter,DAC）作为系统的关键器件,其转换速率和转换精度对系统性能有着重要的影响。尽管电子ADC和DAC的制造工艺已经较为成熟,但由于电磁干扰、时钟抖动等固有的电子瓶颈,转换性能无法进一步提升。因此利用光子技术大带宽、低采样抖动等优势来提升系统的转换速率和精度,引起研究人员广泛关注。本文首先详细介绍了现有的光子模数转换和数模转换方案,针对其优缺点进行分析。阐述了数字信号与模拟信号之间的转换基础,并对转换系统的关键技术指标进行分析讨论。其次,本论文针对光子模数转换和数模转换的关键技术展开研究,设计了基于MZM（Mach-Zehnder Modulator,MZM）加权调制曲线的光子模数转换系统,也设计了基于双驱动马赫-曾德尔调制器（Dual-Drive Mach-Zehnder Modulator,DDMZM）的数模转换系统。对上述系统展开建模和分析,通过仿真证明上述两个系统对于模拟信号与数字信号间相互转换的有效性,搭建验证性实验进一步证明了上述两个系统理论分析的准确性,并针对上述两个系统的各项关键性能指标进行分析。两个转换系统描述如下:1、结合加权多波长采样和移相光量化技术,提出了一种基于MZM加权调制曲线的光子模数转换方案。结合N波长采样和具有期望相移的MZM调制曲线,输入模拟信号可以被均匀量化为2N+1个量化级,并通过搭建具有17量化级的模数转换系统实验验证方案的可行性。与现有的光子ADC方案相比,该方案以更加简洁的系统结构实现了转换精度的显著提升,并且通过理论研究、软件仿真和实验论证,展现了该方案在提升系统转换精度方面的优势。2、基于DDMZM的调制曲线,设计了一种全新的光子数模转换系统。结合理论分析和仿真验证,所提出的2比特光子DAC模块可扩展实现2N比特数字信号到模拟信号的转换,即可以使用N个DDMZM构建2N比特光子DAC系统。并搭建4比特光子数模转换实验结构,根据实验结果可得微分非线性误差以及积分非线性误差分别为0.08和0.36。与当前的大部分光子DAC方案相比,所提出的基于DDMZM的光子数模转换方案可以用相对简单的系统结构实现转换精度的提升。最后,对光子模数转换和数模转换方案进行总结,并给出高性能光子模数转换和数模转换方案的改进方向和后续研究展望。