针对诸如激光对潜通信、白天工作的激光雷达等具有强背景的微弱激光信号探测技术难题,提出了利用频谱选择性布里渊放大的方法来提高探测灵敏度、提高通信信号信噪比的新思路。基于这一应用背景,本文对微弱光信号布里渊放大器的噪声和受激布里渊散射（SBS）阈值、性能参数的优化条件、布里渊增益光谱及放大的信号光谱特征等关键问题进行了系统的理论和实验研究,提出了一种低噪声、高放大率双级非共线布里渊放大的新方案,并结合实际应用,对水中Stokes信号光的布里渊放大进行了研究。文中首先推导出频率失谐布里渊放大的耦合波方程组,考虑放大器内分布式噪声和信号光的竞争,建立了包含分布式噪声的瞬态非共线布里渊放大理论模型。通过对时域频率失谐布里渊放大的耦合波方程组进行傅里叶变换,得到了频域布里渊放大的理论模型。基于分布式噪声起源的SBS瞬态耦合波方程,对布里渊放大器的噪声及SBS阈值特性进行了研究。发现了准瞬态SBS阈值增益随作用长度和抽运光波长的增加而增加的规律,提出了利用抽运光透射能量的限幅特性测量SBS阈值的新方法,为设计放大器最佳工作条件提供了依据。利用包含分布式噪声的瞬态布里渊放大理论模型数值模拟了放大器的信噪比、灵敏度及信号放大率等性能随各种物理参数（包括信号光强度、延迟时间、指数增益及介质参数）的变化规律,获得了优化性能参数的条件,并在实验上进行了验证。为了消除ABS噪声,进一步提高放大器的信号放大率、信噪比等性能,提出双级非共线布里渊放大的实验方案,从理论及实验上证明了其可行性,给出了实现高性能放大的设计原则。合理选择抽运光和信号光的交叉角、介质池长、抽运光能量以及各光束口径的大小,并结合优化性能参数的条件可有效提高放大器的性能。实验中以CS₂为产生器和放大器介质,对5.5×10^-14J的微弱信号光进行了放大,获得了6×10¹¹的放大倍率,信噪比约为10³。利用频域布里渊放大耦合波方程组研究并完善了布里渊增益光谱的线型和线宽随指数增益变化的理论描述,给出了从低增益到抽运抽空条件下计算布里渊增益光谱线宽的数学关系式。通过对放大的信号光谱特性的研究,发现当宽线宽的微弱信号光在放大带宽内发生频率失谐时,布里渊放大光的频移与输入信号光频率无关,而与介质的布里渊频移一致,为探测和处理放大的光信号提供指导。最后,以布里渊激光雷达探测水下目标为应用背景,提出利用布里渊放大技术对水中微弱光散射信号进行频谱选择性光放大的方法。结果表明,利用室温条件下的CS₂或CS₂/CCl₄能够对水中的Stokes散射光实现高倍率布里渊放大。实验上以90%CS₂和10%CCl₄的混合介质为放大器介质,利用双级非共线布里渊放大系统,对8.6×10^-14J水的Stokes信号光进行了放大,获得了2.9×10¹¹的放大倍率,信噪比约为10³。