基于光纤的光器件在传感和信号处理等众多领域中都有着广泛的研究和应用。尤其在超快光信号处理上,基于高非线性长周期光纤光栅的全光开关和基于光纤色散的光子时间拉伸模/数转换器从提出以来一直是学术界研究的热点。本文针对这两种光学元件分别进行了理论模拟和实验验证的研究,为进一步设计非线性长周期光纤光栅全光开关和光子时间拉伸模数转换器奠定了良好基础。本文首先从长周期光纤光栅的模式耦合理论出发,结合麦克斯韦方程组推导了非线性长周期光纤光栅的耦合模方程组,数值模拟了高非线性长周期光纤光栅的全光开关的特性。模拟结果表明,基于高非线性光纤的长周期光纤光栅的全光开关阈值比基于SMF-28普通单模光纤的长周期光纤光栅的全光开关阈值小了近4个数量级；并从失谐量、光栅长度、入射光脉冲峰值功率与消光比的关系上对基于长周期光纤光栅的全光开关进行了优化设计。其次本文对基于光纤色散的光子时间拉伸模/数转换器原理进行了阐述,从理论上分析了光子时间拉伸系统对信噪比和保真度的影响,并对光子拉伸系统进行了实验验证。拉伸因子M=1.11和M=10的情况下的实验结果表明,光子时间拉伸拉伸效果和理论值基本相符,证明了光子时间拉伸系统对模/数转换器的有效采样率和输入带宽的改善作用。最后对实验改进和连续时间的光子时间拉伸系统在模/数转换器上的应用提出了设想。