模数转换器是连接模拟信号和数字信号的桥梁，随着数字电子技术的不断发展，人们对模数转换器的性能提出了更高的要求。但是传统的电子模数转换器受到其物理极限的限制，其进展极为缓慢，已经成为阻碍数字处理系统发展的瓶颈。随着锁模激光技术和硅光子技术的不断发展，采用光学技术提高模数转换器的性能成为当前的研究热点。本文提出了硅基紧凑式光子模数转换器，对其关键技术进行了深入研究。　　论文首先综述了光子模数转换器发展概况;接着详细介绍了有限元法和有限差分柬传播法分析光波导器件的一般步骤;然后介绍了多模干涉耦合器分析与设计方法，分析了硅线脊波导的模式特性，优化了1×2、2×2、2×4和4×4多模干涉耦合器;接下来提出了三种基于多模干涉耦合器的光学混合器，求解了器件的传输谱及光在器件内的传输分布，讨论了结构参数对光学混合器性能的影响;最后给出了硅基紧凑式光子模数转换器的设计方案，并对系统进行了误差分析。　　设计和优化了90°光学混合器，讨论了系统的制作容差。计算结果表明:多模干涉耦合器长度对90°光学混合器的性能影响较小，而其宽度的变化可能导致器件的损坏，此外，光源波长也会对系统产生较大的影响。电判决模块由成熟的电子器件组成，首先通过光电二极管将光信号转化为电信号，然后通过放大器、比较器获得二进制码。　　在此基础上，集合90°光学混合器及电判决模块，设计出一种新颖的光子模数转换器方案，由本地光源信号、3dB耦合器、相位调制器、90°光学混合器和电判决模块构成。3dB耦合器将本地光源信号等分为两路完全一样的光源子信号，相位调制器将待转换模拟电信号的幅度信息调制到其中一路光源子信号，使其产生对应的相位差，90°光学混合器输出具有正交特性的两路待评判光信号，电判决模块用于二迸制编码。该方案具有如下优点:无论转化位数的多少，整个系统只需要一个光源和一个相位调制器;核心元件—3dB耦合器、相位调制器和光学混合器均为绝缘体上的硅脊波导结构，因此操控方便、稳定性好、易于集成;通过器件的级联，可以获得具有更高转化位数的模数转换器，在此过程中，只需添加相移器和光学混合器，不需要添加任何额外的器件。该方案克服了传统电子模数转换器存在的不足，具有广阔的应用前景。