针对光频梳下变频信号接收过程中存在的频率信息丢失问题，提出了一种基于频率-相位映射的信号频率恢复方法，该方法使用可调光纤延迟线在两路光频梳变频链路之间产生一组固定已知的时延，时延在信号原始频率与下变频信号相位差之间建立映射关系，利用该映射关系可以从测得的相位差计算出信号的原始频率。分析了时延值等参数对频率恢复的影响，估计了该方法对相位测量不确定度的限值要求，最后给出了该方法具体实施方案中关键参数的设置策略。所有下变频信号的相位差可以通过快速傅里叶变换等数据处理一次性得出，因此该方法的时间代价和计算成本几乎不随着信号个数增加而增加。在不考虑下变频信号混叠的情况下，本文所提出的方法在理论上对处理信号的数量没有限制，因此相比于已有的光频梳下变频信号频率恢复方法，在多信号频率恢复方面更具有优势。

基于微通道板的单光子探测器具有体积小、结构紧凑等优点，将其与位置灵敏阳极相结合能够准确记录光子到达的时间信息及位置信息。通过分析延迟线阳极探测器的原理，提出一种基于印刷电路板制备的新型二维交叉延迟线阳极。与传统的电荷直接收集方式不同，该阳极基于电荷感应技术，由高阻感应层代替阳极收集电子，消除了阳极电子再分配带来的噪声。搭建了一套基于交叉延迟线阳极的实验系统并对研制的位敏阳极探测器进行测试，测试结果表明探测器空间分辨率最优为107 um，暗计数为0.23 counts/(cm2?s)。研制的新型交叉延迟线阳极为大面阵单光子成像探测应用奠定了基础。

针对大型激光装置中广空间分布的甚多路高精度（一是长时间时间抖动小于5 ps，二是时间延迟微步进分辨率小于15 ps）同步触发信号的需求，设计了一种“数据流编解码光传输+高速串行收发器粗延时+宽带微带线微步进延时”的同步时序产生方案。通过数据流编解码光传输架构实现了广空间范围内时序的对齐；高速串行收发器粗延时和微带线微步进延时技术解决了同步触发信号低时间抖动和高延迟分辨的问题。通过对系统的时序逻辑和电路板的关键线路进行仿真，完成了整个系统的设计与研制，并开展了实验测试。测试结果表明：该系统可以实现广空间范围内的同步时序信号产生，同步触发信号的时间抖动精度优于3.76 ps（均方根值，8 h），39.6 ps（峰峰值，8 h），时间延迟分辨率优于15 ps；若应用于小空间范围，同步触发信号的时间精度可优于1.27 ps（均方根值，8 h），12.4 ps（峰峰值，8 h）。

在使用光纤光栅实现皮秒级别时延的基础上, 提出一种光纤光栅与单模光纤相结合的微秒级别级联结构, 该结构可以实现中心波长1 550~1 553 nm范围内, 间距为1 nm的窄波长反射型时延线, 共1, 1.5, 2和2.5 μs四种不同的时延。 将单波长反射的啁啾布拉格光纤光栅与103 m单模光纤连接构成延迟单元, 再利用光环形器将4个延迟单元级联并使用内半径为3 cm的光纤绕线盘, 将四种延时单元的传输光纤进行整合。 借助光纤光栅的反射镜作用, 控制不同波长光信号通过不同的传输距离, 从而达到时延目的。 本文通过对啁啾布拉格光纤光栅的反射谱进行仿真分析, 发现相邻反射谱的旁瓣会出现交叠现象, 因此使用六个切趾函数对旁瓣滤除。 结果显示: 不同切趾函数的滤除效果也不同, 能够完全滤除旁瓣并且对反射谱包络影响最小的是柯西切趾函数, 经柯西切趾后能使不同波长光信号在对应中心波长1 nm范围内反射率达到1, 而其他位置均为0。 由于使用光纤绕线盘整合延迟单元传输光纤会产生一定损耗, 因此对弯曲损耗进行仿真分析, 结果表明: 弯曲半径相同时, 损耗与工作波长成正比; 工作波长相同时, 弯曲损耗与弯曲半径成反比。 当弯曲半径大于2.9 cm时, 弯曲损耗曲线变化平缓并趋于0, 因此当光纤绕线盘内半径为3 cm时保证了在减小延迟模块体积的同时又不会有过大的损耗。 通过TDS784D型示波器对频率为2 000 Hz的信号经不同传输距离后的波形进行测试, 结果显示经3 m和5 km传输线后信号的各项参数基本保持不变, 经过长距离传输后, 依然能保持原信号特性, 因此使用103 m传输线可达到延迟目的。 使用W-GGL型光功率计对不同频率下的输出功率进行测量, 与直光纤的输出功率相比, 当弯曲半径为2~3 cm时偏差较大, 等于3 cm时偏差为0.18 dBm, 大于3 cm时则无限趋近, 因此设置绕线盘内半径为3 cm符合光纤延迟线的损耗范围。