通过构建超快激发与相干探测系统，发展强抗噪声高灵敏单分子探测手段，研究了室温下单分子的超快退相干过程，揭示了单分子与低维材料的超快能量转移过程，实现了细胞层面的量子相干成像。

半导体纳米器件制备，包括量子点微流激光器、钙钛矿太阳能电池以及光电探测器等；半导体量子点以及钙钛矿纳米晶的激子动力学过程，包括单激子、双激子和带电激子等；基于金属微腔增强半导体纳米晶的荧光发射行为。

研究兴趣包括：基于量子压缩感知的单光子测距与单光子成像；基于超聚束光源的抗噪声单光子关联成像；极端环境下的单光子成像与单光子感知。

基于单光子频率编码技术，巧妙地利用被调制的光子序列在频域内的统计特性，将信息编码在光子序列的频谱上，从而消除了信道损耗和噪声的影响，实现了高噪声和高损耗条件下的量子物理层保密通信。