针对局域分布式时间同步的需求, 提出了一种基于光纤和可见光结合的短距分布式时间同步方案。融合了光纤时间同步高精度与可见光时间同步高灵活性的优势, 设计了相应的时间同步端机, 并进行了分布式实验。实验结果表明: 当光纤链路长度为3 km时, 光纤时间同步从端与光纤时间同步主端的3σ钟差优于448 ps, 时间同步秒稳优于150 ps, 万秒稳优于4 ps; 当光纤链路长度为1 km、可见光链路长度为5 m时, 可见光时间同步从端与光纤时间同步主端的3σ钟差优于1.8 ns, 时间同步秒稳优于400 ps, 万秒稳优于15 ps。

在长距离光纤时间传递链路中，为了避免使用中继放大导致双向传输时延不对称以及引入附加的噪声，提出一种基于单光子探测的长距离光纤时间传递方案。将经过主端（从端）1 pulse/s时间信号控制的激光脉冲序列作为发送信号，利用从端（主端）具有极高探测灵敏度的单光子探测器接收到达信号，并基于双向时分复用同纤同波时间比对方案得到双向光纤链路传输时延变化，进而根据时间相关单光子计数和高斯拟合的数据处理方式得到两端之间钟差的时间稳定度。为了实现单光子探测器在门控模式下对长距离光纤实验系统的长期测试，设计并实现了外部触发门控工作方式下动态调整的触发控制系统。通过利用光纤链路传输时延变化量，实现对门控触发信号的控制。350 km单模光纤和对应长度的色散补偿光纤（链路总损耗约为100 dB）的时间传递系统实验结果表明，时间传递稳定度优于1.5 ps@1 s和0.4 ps@8192 s。所提方法为长距离高精度光纤时间传递提供了一种有效的解决方案。

设计并实现了重复频率在10 Hz~10 kHz可调的1550 nm微秒矩形脉冲光纤放大器。该光纤放大器采用双级主振荡功率放大（MOPA）全光纤结构，采用声光调制器对信号光进行调制，通过对泵浦驱动和信号光调制的脉冲波形及时序进行优化，实现了峰值功率为30 W、脉冲宽度为10 μs~1 ms、重复频率在10 Hz~10 kHz范围可调的微秒矩形脉冲放大激光输出。通过优化信号光脉冲和泵浦脉冲时序有效抑制了光纤放大过程中的放大自发辐射，通过对信号光的脉冲波形进行预整形获得了较好的微秒矩形脉冲输出。

受激布里渊散射效应具有窄带增益的特性，是实现低本底噪声激光器的一种有效方式。基于高Q值光纤环形谐振腔研究低噪声布里渊激光器。通过Pound-Drever-Hall（PDH）锁定技术将泵浦光锁定到8 m长的单模环形谐振腔中，可得到与泵浦光相差一个10.81 GHz频率的反向传播斯托克斯光。采用相关延迟自外差方法测量斯托克斯光的频率噪声。实验结果表明，基于光纤环形谐振腔的布里渊激光器的阈值为5.3 mW，在高频部分（频率大于10 kHz）处，后向斯托克斯光对泵浦光频率噪声的抑制达到30 dB，接近理论抑制极限（34 dB）。

为了解决现有算法对密集细胞识别精度不高及空间轨迹错误相连的问题，建立了一种针对斑马鱼尾部中性粒密集细胞的识别与追踪网络，该网络通过改进的mask region-based convolutional neural network （Mask R-CNN）及DeepSort对细胞进行识别与追踪。首先，从自搭建的光学投影层析成像（OPT）系统获取细胞图像；然后，改进Mask R-CNN中训练模块的Huber掩膜损失、优化神经网络参数，并在检测模块中拓展灰度级动态范围来提高边缘检测性能，实现细胞的识别；最后，利用DeepSort结合改进的逐帧关联思想将定位的二维像素坐标转换为三维空间坐标，进行轨迹连接。实验结果表明：所提网络的训练效率提高了约50%；XZ和YZ面细胞分割精准率分别达到了98.99%和97.83%，比未改进的Mask R-CNN、U-Net、形态学和分水岭分割等的分割效果均有显著提高；在细胞关联性为75%时，可重建出79.6%的斑马鱼中性粒细胞轨迹。该网络能够较好地实现对高度重叠细胞的识别分割与轨迹重构，将二维定位拓展到三维空间，不仅为密集微观生物的分类识别提供了借鉴参考，而且为病理学研究中细胞应激反应提供了一个重要的直观模型。

针对空间失稳非合作航天器位姿测量的难题，提出了一种非合作航天器关键特征的双目视觉位姿测量方法。首先，利用两台可见光相机获取高分辨率目标图像，基于改进的弧支持线段的方法提取目标表面的星箭对接环；其次，提出一种基于短线段特征的直线检测方法提取隔热屏十字线；最后，利用对接环与十字线相关特征建立目标坐标系，解算目标坐标系与测量坐标系之间的位姿关系。为了保证追踪非合作航天器时目标坐标系的一致性，提出一种十字线与对接环交点切换的方法。通过暗室环境下相机系统逼近实验与卫星模型转动实验，验证了所提出方法的有效性与准确性，说明该方法可以在超近程跟踪航天器时提供较为实时的相对导航信息。

针对采用分立器件实现载波抑制双边带(DSBCS)调制的被动补偿光纤环路微波频率传递方案的缺陷, 对基于DSBCS调制的光纤环路微波频率传递系统进行稳定性优化设计和测试验证, 设计了基于微波芯片的一体化接入节点电路, 以腔体分隔的金属和高精度的温度控制模块屏蔽串扰、减小外界温度影响, 实验测试了系统电路底噪、60 km光纤环路系统性能。测试结果表明: 采用集成化的接入节点电路显著降低了系统电路底噪和1 m光纤传递底噪, 在60 km光纤环路的20 km/40 km、40 km/20 km处输出频率的相对稳定度均优于4×10-14/s、2×10-17/day, 长期稳定度比采用分立器件实现的节点电路时优化约一个量级。