本发明公开了一种基于光弹调制的微小光旋角平衡差分检测装置及方法，该装置包括准直扩束的检测激光源(1)、起偏器(2)、光弹调制器(3)、四分之一波片(4)、碱金属气室样品(5)、二分之一波片(6)、沃拉斯顿检偏器(7)、平衡差分光电探测器(8)、光弹控制器、数字锁相放大器、信号加法器和信号采集及处理单元。本发明提供一种高灵敏度、高稳定度的消除检测信号中共模误差的装置及方法，有效结合了光偏振调制检测、光偏振平衡差分检测以及数字锁相放大技术的优势，整个装置简单、结构紧凑、操作方便。