随着量子保密通信网络及产业化发展，轻小型化接收望远镜满足量子跟踪仪规模化和便携式的多应用场景需求。对满足接收望远镜的技术体制进行了对比分析，确定了RC+小像元+量子模块的光学系统形式，采用小F数+微小像元的技术体制。设计了全铝一体化结构的φ280量子跟踪仪接收望远镜，F5的RC望远镜采用RSA-6061微晶铝合金作为反射镜的结构材料，配合一体化硬铝合金高刚性结构，静力学（重力变形和温度变形）仿真分析结果满足近衍射极限成像和高效率量子接收要求，动力学仿真分析结果表明，一阶模态为91 Hz，具有足够高的动态刚度和安全冗余。集成测试结果表明：望远镜的中心视场波像差RMS为λ/14.7，5个视场系统波像差均优于λ/12.7，可以确保近衍射极限高质量信标成像，奈奎斯特频率处的光学传递函数为0.15；HV+-四个偏振态的平均偏振对比度为454，全系统效率为51.93%，可以高质量接收量子密钥；-25 ℃和+30 ℃外场恒星成像实验验证了系统可以稳定、高质量提取质心用于脱靶量闭环；与“墨子号”星地量子密钥分发实验成码为92.9 kb，误码率为1.18%，能够实现高效率量子接收。

介绍了大功率高效率功率放大器（功放）在实际设计时面临的晶体管寄生效应问题，并通过引入晶体管封装寄生模型对本征端阻抗进行等效迁移，进而提高了输出匹配网络设计的便捷性。提出一种基于紧凑型微带谐振单元的电路设计方法及其传输线拓扑结构，其中，紧凑型微带谐振单元的作用是提供功放在三次谐波所需的开路点，从而通过调谐传输线满足相应阻抗条件。其优点还包括：基波频率下插入损耗低、效率高；实际物理尺寸小，可满足小型化需求。为了更好地验证上述理论，基于10 W GaN HEMT CGH40010F晶体管和大功率高效率E/F开关类功放在2.2 GHz的工作频率下进行了具体的电路设计。仿真结果表明，该款功放的最大功率附加效率可达78.4%，最大输出功率可达40.1 dBm，功率增益为12.1 dB。

单光子探测器具有最高的光探测灵敏度，在激光雷达系统中使用单光子探测器可以极大提升系统的综合性能。近红外二区（1.0~1.7 μm）激光具有大气透过率高、散射弱、太阳背景辐射弱等优势，是大气遥感、三维成像等激光雷达系统的理想工作波段。研制了一种基于InGaAs/InP负反馈雪崩光电二极管的微型化自由运行单光子探测器。该探测器长宽高为116 mm×107.5 mm×80 mm，在1.5 μm最大探测效率超过35%，时间抖动（半高宽）低至80 ps。为满足激光雷达系统对光子飞行时间测量的需求，探测器内部集成时间数字转换（TDC ）功能，时间精度100 ps。同时，探测器集成一套后脉冲修正及计数率修正算法，可以有效降低探测器所引起的雷达信号畸变。

目前微型显微镜光学系统大都采用梯度折射率透镜作为物镜，受其色差限制，双色荧光成像效果较差。首先设计了微型消色差镜头代替梯度折射率透镜，分别以大脑皮层和深层成像为应用方向设计了两套光学系统，视场为1.10 mm×1.10 mm和0.77 mm×0.77 mm，分辨率都达到3.47 μm；其次，设计了数据采集电路，实现10帧/s的双色荧光同时成像，并将视频数据存储于内置存储卡中，去除了线缆对动物行动的限制；最后，通过优化结构设计形成了双色荧光成像微型显微镜样机，整体重量为6.2 g，方便动物随身佩戴。通过双色荧光微球仿体成像实验验证了该设备的技术指标及可靠性，预期在脑科学研究中具有较好应用价值。