研究如何观测短时间（毫秒～皮秒）和原子时间（皮秒～阿秒）过程的光信息，探索超快过程中所发生的物理的、化学的和生物的图景及其变化规律，为我国国防科研、瞬态领域民用科研的发展，特别是为支撑我国两弹一星、航天航空等尖端科技的发展做出了突出贡献，是国际光机式超高速成像研究领域的代表人物，、国际非管（全光）极高速成像技术的开拓者。目前研究的重点是原子时间成像原理及技术的研究，量子信息及其成像技术的研究。

      编著有学术专著10部，约1千7百万字，其中主编撰《光学手册》、《激光测量学》等3本专著，约1千万字；发表论文200余篇，作为课题负责人，获国家科技进步特等奖2项，国家技术发明二等奖、全国科学大会奖、国家图书奖提名奖各1项，中国科学院重大科技成果奖、广东省科技一等奖等省部级奖11项；2014年获得全国优秀科技工作者荣誉称号，获得2014年度深圳市科学技术奖市长奖。