伴随着互联网、移动通信等领域的技术革命,智能家居、无人驾驶和工业自动化等新兴跨学科领域蓬勃发展,现代社会开启了万物互联的物联网时代。传感技术作为物联网的“眼睛”,承担着从物质世界感知与获取信息的任务,是构成物联网的重要基础技术。光学传感器具有抗电磁干扰能力、高速传输、非接触、非破坏性、可遥测等特性,相比传统电子传感技术具有无可替代的技术优势,因此,光传感技术在消费电子、能源勘探和生物医学等应用领域扮演着重要角色。近年来,微纳加工等技术的发展日趋成熟,光学传感器呈现出高性能化、小型化和智能化的发展趋势。集成光学传感器开始在各应用领域崭露头角,例如,微环谐振式折射率传感器被用于病毒检测、微量气体监控,硅基相控阵芯片构成的激光雷达系统在无人驾驶领域发挥作用。然而,光传感系统中的信号提取单元却没有跟上光传感器的小型化、集成化的前进步伐,多数的光传感系统依赖使用扫频激光器和光谱仪等昂贵设备构建解调系统读取传感器获取的信息。这是制约光传感从技术研究走向市场应用的关键因素。因此,光传感解调系统的集成化研究具有极为重要的经济和社会意义。针对上述问题,本文从光传感系统信号解调单元的角度,开展光传感技术集成化的研究,主要包括适用于集成平台的高精度波长解调方案、集成化解调系统的复用技术以及传感解调一体化应用展示三方面内容。本论文的创新点归纳如下:（1）针对解调系统小尺寸、低成本、高精度的要求,提出了基于微环谐振器的高精度微扰鉴频集成化波长解调系统,并通过仿真分析了器件参数、微扰信号参数与解调精度的关系。为了验证该方案的性能,开发了面向便携式光纤光栅传感器解调应用的反馈式微扰鉴频波长解调系统,使用硅基微环芯片实现了对光纤光栅传感器的高精度动态应变解调,动态应变分辨率达到了30 nε/（Hz）1/2,波长解调范围约9 nm。微扰鉴频技术创新地采用监控“误差信号”的方式完成解调过程,不依赖于光强度检测,实现了亚皮米量级的波长分辨率,精度相较基于传统滤波法的集成解调方案提升了一个数量级。（2）面向大规模集成波长解调系统,提出了波分复用和时分复用的多维度复用方案。首先,结合微扰鉴频技术频分复用与微环阵列的波长选择特性,实现了波分复用传感阵列的解调。此波分复用传感系统无需使用多个光电探测器,避免了系统成本与复杂度的增加。另一方面,提出了基于数字编码脉冲压缩技术的传感阵列时分复用方案,使用改进的差分式微扰鉴频解调技术搭建了时分复用解调系统,能够将传感系统规模提升至百通道以上。（3）在硅基级联微环芯片上完成了传感器与解调系统一体化集成的应用展示。级联微环结构中,前者作为敏感单元探测上包层折射率变化,后者发挥解调作用,提取折射率变化引起的传感器谐振波长偏移。在乙醇溶液折射率传感实验中,实现了125.1 nm/RIU的探测灵敏度,探测极限为7.76×10-6RIU。综上所述,本论文针对光传感系统集成化中的难点问题,创新地提出了高精度波长解调技术,分析了该系统的复用能力,完成了芯片级传感器及解调单元一体化系统的应用展示。