本实用新型公开了一种基于倍频的宽频ODMR信号探测装置，包括：微波发生器、微波开关(含负载)、倍频放大装置组、PCB板(含样品材料)、电磁铁、共聚焦光路装置组、单光子探测器、数据采集卡、计算机(含时序卡)。通过微波发生器、微波开关和倍频放大装置组提供微波序列，通过共聚焦光路装置组提供泵浦光并收集荧光信号，荧光信号依次进入单光子探测器、数据采集卡、计算机，从而实现样品材料的ODMR信号探测。目前市面上微波发生器的输出频率以及微波开关的工作频率与工作模式无法满足宽频段ODMR信号探测的需求，本实用新型基于倍频放大装置组，可实现500MHz‑10GHz的宽频ODMR信号探测，具有可探测ODMR信号频率范围大、材料种类多、适用性广、可扩展性强等特点。