随着科学技术的进步，常规微弱光信号的检测方法已经不能满足人们对于宏观和微观世界探求的要求。激光雷达、空间光通信、海空对潜通信、光学遥感测量等众多的应用领域也急需信号处理技术的进一步发展，因此，研究高增益、高信噪比的非线性光放大技术有重要的科研和应用价值。近年来，随机共振效应让人们重新认识到了噪声的复杂性，特定非线性系统中，噪声也有其有利的一面，即为了提取噪声中的微弱信号，人们可以在噪声的帮助下实现弱信号的增强。随机共振以其在强噪声背景下信号处理的独特优势受到广泛关注，尤其是与非线性光学技术的结合，在光信息处理领域具有巨大的应用前景。本文主要研究了基于随机共振的弱光信号的非线性增强理论方法，并基于全光学双稳态的模型，实现了基于随机共振的强噪声背景下弱光信号的增强。本文主要的研究内容包括：1．分析了弱光信号增强技术的研究背景与意义，讨论弱光信号探测所面临的主要问题，简要介绍了弱光信号的主要探测处理方法及其发展现状，特别是随机共振理论在弱光信号处理中的应用。2．研究典型双稳态随机共振理论，包括理论模型的建立、随机共振产生机制、系统参数优化选取等方面，并理论模拟了基于此系统的噪声背景下微弱信号的增强，结合输出信噪比曲线探讨噪声强度变化对于系统输出的影响。3．研究基于光折变非线性介质的二波耦合理论，在光折变单向光学环形腔中，由其边界条件出发推导得出光学双稳态理论模型，对此光学双稳态的光传输特性进行理论研究，分析信号光与泵浦光的夹角、外加电场强度、非线性介质长度等不同系统参数对光学双稳态的影响。4．在以上研究的基础上，得出光学双稳态随机共振理论模型，探讨了外加噪声和双稳态系统参数对随机共振的影响，并将其应用于微弱光信号的处理中，结果表明，在适当的外加噪声强度下，无论对周期调制光信号，还是对于非周期调制光信号，该系统都能表现出良好的信噪比提升能力。