激光成像与探测技术具有高灵敏度、可获得三维信息、方便调制与控制等优点，在远距离目标探测、生物与医学成像、激光雷达等领域具有广泛应用，是当前光电探测技术的重要发展方向之一。随着研究的不断深入，对光学成像技术的探测灵敏度以及复杂环境下获取图像的能力提出了更高的要求。现有的微波探测技术主要基于电子学处理方法，实现实时宽带探测很困难，已经成为微波探测与处理技术进一步发展的主要技术瓶颈。激光成像结合光参量放大技术以及新型的关联探测技术，能够提供多种性能优良的高效高灵敏探测手段。另外，激光作为载波通过电光调制加载微波信号，然后利用光谱烧孔对光载微波信号进行处理，是一种大带宽高分辨率的微波光子探测与处理方法。　　针对目前光学成像与微波探测技术的发展需求，本论文对高效高灵敏光参量成像技术、新型关联成像技术以及基于光谱烧孔的宽带微波信号光处理技术等进行了探索研究，主要取得了以下创新性成果:　　1、对高效高灵敏光参量成像技术进行了研究。在物理建模与数值仿真的基础上，首次采用准相位匹配晶体实现增益高达55 dB的光参量图像放大，该方案可实现纳秒级的光学信号增强，促进光参量成像技术的实用化，相关工作己发表在Applied Optics，54，9172(2015)。基于光参量放大的高增益与频率上转换特点，首次采用外接圆模型优化设计空间滤波装置，有效抑制参量荧光背景，使非制冷CCD对近红外信号的探测灵敏度达到每像素7.4个光子，相关工作己发表在物理学报，65，01429(2016)。此外，还进行了相位共轭成像实验探索，成功修正成像过程中散射介质造成的波前畸变。　　2、研究了新型关联成像技术。完成新型关联成像模拟仿真和实验设计，搭建关联成像实验控制系统，实现自动投影与数据采集。完成Hadamard差分投影、压缩感知等高效率关联成像方案的探索与实验验证。首次提出并实验验证了新型线扫描关联成像方式，该方案可减少计算量一个量级以上，有效提高成像速度（发明专利申请号:201510080990.9）。提出了非线性光学与关联成像结合的高灵敏探测方法，利用光参量变频和大气传输窗口，实现回波信号探测效率的最大化(发明专利申请号:201410323509.X)。　　3、对基于光谱烧孔的宽带微波信号光处理技术进行了研究。国内首次开展晶体光谱烧孔PDH稳频技术研究，实验证明该技术的有效性，为微波信号光处理系统提供了高稳定窄线宽写入激光源，并为整个系统的小型化和实用化打下基础。研究了基于光纤标准具的高线性度扫频激光系统，提高探测准确性。完成实验系统设计与集成，实现带宽12 GHz、分辨率1.3 MHz的微波信号探测与处理。开展信号畸变修复理论与实验研究，基于布洛赫方程解释信号畸变来源，并采用傅里叶变换域相位修复以及实际信号互相关两种方法，实现对信号畸变的有效修复，将微波信号光处理系统的频率分辨率提升至百kHz量级。设计并提出基于光谱烧孔的宽带连续调谐光载微波滤波装置，具有可灵活调谐、可重构等优点(发明专利申请号:201610262574.5)。