为了解决传统的荧光光谱采集系统与光探测磁共振(optically detected magnetic resonance，后文简称ODMR)光谱采集系统存在的搭建繁琐、检测样品聚焦精度较低、采集系统之间转换困难以及ODMR光谱采集信号信噪比和采集精度较低的问题，设计了基于光纤传感的荧光采集与ODMR光谱采集转换系统。通过光纤将激发光源电路、微波传感天线、光纤传感器、显微聚焦光路、PD(photodetector)放大电路、信号处理模块以及荧光光谱仪各模块进行耦合集成，为信号处理的软件提供硬件部分支持。在软件部分，通过开源程序编写实现信号数据处理以及光谱成像功能，利用PD放大电路对数据进行初步处理之后，在软件部分通过信号处理模块进行进一步处理，数据以图谱形式呈现，并且最终磁灵敏度达到0.51nT/Hz1/2。

提出和研究了一种高信噪比（SNR）随机光电振荡器（ROEO）。该ROEO由随机光纤激光器与光电振荡器两部分组成，得益于随机光纤激光器中瑞利散射（RS）提供的随机分布反馈，实现了宽带随机微波信号的产生。通过在随机光纤激光器中加入另一个波分复用器（WDM），去除残余的拉曼泵浦光，提高了随机微波信号的信噪比。控制信号光的偏振态，抑制了随机腔中的受激布里渊散射（SBS）效应。实验中，获得了带宽为DC~30 GHz（DC代表直流0 Hz，表达的含义是从0 Hz到30 GHz）的随机微波信号。在DC~10 GHz范围内的信噪比约为40 dB，并且腔内的受激布里渊散射与随机微波信号的功率差达到约19.64 dB。高信噪比宽带随机微波信号在随机比特生成、雷达、安全通信等领域有重要的应用前景。

在理论分析的基础上，利用光电二极管的固有结电容和可变电感构成共振电路实现光电探测。通过精简电路并对电路板进行精密布板设计，降低由原内部混频电路带来的杂散寄生电容的影响；利用选定低噪声芯片、低转换损耗混频器及滤波器隔离噪声，构建高信噪比的集成化共振型光电探测器（RPD），并实现了对特定调制信号的高效探测。实验结果表明：在相同条件下，RPD增益在共振频率下比商用宽带探测器（BPD）高大约30 dB。利用RPD获得的锁腔误差信号的峰峰值是BPD的16倍，其误差信号的信噪比比现有BPD高18 dB左右。可见，此RPD能够为高性能压缩态光场制备提供器件支持。

基于某制冷型红外焦平面探测器, 介绍了一种高信噪比的模拟信号采集电路。使用了噪声分析法对电路噪声来源进行分析, 建立了低噪声的信号变换路径; 采用信噪比(SNR)和噪声等效温差(NETD)测试相结合的方法, 对电路和成像组件指标进行评价; 测试结果表明, 组件SNR可达76 dB, NETD可达17. 5 mK(环境温度300 K), 信号采集过程中噪声引入量少, 组件能够实现对远距离微弱小目标的探测。

弹光调制干涉具调制的干涉光被探测器接收后输出高速变化的微弱电信号，能否将该电信号提取并放大输出对弹光调制-傅里叶变换光谱仪的研制至关重要。通过对调制干涉光进行理论分析，设计一种具有高信噪比和较高带宽的光电转换放大电路，主要由电源电路、光电转换电路、放大电路、理论通频带为100 kHz~3.5 MHz的带通滤波电路组成。实验结果表明：设计的电路能够将探测器输出的最大频率为1.6 MHz的信号放大至670 mV左右，实现了将探测器输出的微弱速变电信号从背景噪声中有效提取与放大，为后续傅里叶变换提供可靠数据。

通过分析激光陀螺锁区的形成原因，给出了锁区最小化控制的基本原理.由激光陀螺谐振腔相向传播光束的输出特性，说明了常规锁区控制方案存在的缺点.从激光陀螺基本方程推导出锁区误差判别信号，提出了基于拍频信号和腔长信号迭加放大的高信噪比锁区控制方案，对交变偏频和常值偏频激光陀螺均适用.运用该项技术，实现了对某型激光陀螺的全温范围内的锁区最小化控制.

研究了薄膜干涉滤光片的单色性对生化仪和光谱分析仪实现高信噪比的重要性.通过对薄膜干涉滤光片单色性的数学分析,结合实际应用,设计和制作出的高信噪比薄膜干涉滤光片能完全符合生化检测的要求,能正确地反映出不同被检样品的特性.

作为一种新兴的检测手段,激光光声光谱技术与其他检测技术相比具有很多优点.本文设计的光声光谱仪用激光做光源,有两个光声池,分别用来放置参考样品和待测样品,输出结果为二者光声信号的比值.利用这一比值,可以由参考样品的性能参数方便地求出待测样品的相关性能参数.该光声光谱仪有效地减小了本底吸收噪声的影响,提高了信噪比,扩大了固体光声理论的应用范围.本文还阐述了该光声光谱仪在定性定量分析中的一些应用.