近年来,弱测量由于其能实现较于本征值异常放大的测量值的特点被人们作为一种信号放大技术而受到广泛的关注。在弱测量的思想中,通过选择合适的前选择态（pre-selection）和后选择态（post-selection）,能在出射的指针态中得到一个至关重要的参数叫做“弱值”。正是由于这个弱值的存在,使得在测量过程中可以实现比本征值大得多的测量值。因此,量子弱测量通常也被称之为弱值放大“weak value amplification”（WVA）。近十年来,在一些精密测量的实验中,弱测量表现出了巨大的应用潜力。然而,弱测量的这些实验应用都是针对于特定的物理体系实现特定的检测功能,而具有通用性应用价值的弱测量系统还未被提出。2015年,我们利用一个宽带高亮度的超辐射发光二极管（SLD）作为光源,首次实现了具有通用性应用价值的弱测量系统。它可以实现弱测量在同一类型的检测中的应用而非局限于针对性的物理问题的解决。并且,我们对基于这种方法搭建的不同种类的弱测量系统展开了深入的应用研究。众所周知,光学的检测方法由于其响应快、无损、非接触等优势对于生物医学的研究具有重要的意义,而高精度的光学检测技术对于生物检测领域来说更是尤为可贵。因此,由我们组开始,第一次将量子弱测量的方法应用于生物医学检测的研究,以期利用弱测量的弱值放大技术为生物检测领域的发展带来重要突破。整个论文工作从以下3个方面展开:1.针对频域弱测量及其在光学系统中的实现展开深入的理论及实验研究;2.基于在光学系统中实现弱测量的方法搭建了不同种类的弱测量系统;3.利用我们搭建的系统进行生物传感的应用研究,取得了可观的实验结果。例如首次实现可对生物反应、手性中心变化、生物分子捕获或者分离过程等进行实时监测的传感系统;葡萄糖浓度分辨率可达1.0136×10^-7 g/L;旋光检测精度可到2.138×10^-5°。较于传统的检测技术,弱测量的方法表现出了巨大的应用优势。因此,这个工作不仅开拓了弱测量的实际应用价值,也为其他领域的发展提出了一种全新的、十分有利的技术支持。