腔光机械系统在标准量子极限传感、高精度光谱测量、芯片级微波光学信号转换、非互易光子传输、量子信息、低能耗换能技术以及量子基础研究等方面有着重要应用。其中基于腔光机械系统的同步技术广泛被认为可应用于未来抗噪声传感、保密通信等重要领域,围绕此类系统的同步实现及相关应用研究,一直吸引着众多研究者的兴趣。本文首先基于开环闭环耦合方法,实现了具有主从结构的微腔光机械系统的双模态完全同步。与传统只实现光学或机械单模态同步相比,本文实现的完全同步不仅可以使系统在线性与非线性域都保持光学态和机械态的同时同步,而且在存在系统失配参数的情况下也能保持同步状态的稳定性。然后,基于上述同步实现结果,本文详细进行了基于该类同步系统在激光微扰探测与微小质量传感方面的应用研究。第一,研究了三种类型的激光扰动（恒定扰动、线性扰动、周期性扰动）对系统同步状态的影响,通过计算主从腔光机械系统光学和机械同步状态的破坏情况,达到确定激光扰动的类型与大小的目的。第二,以从腔光机械系统为传感部分,将完全同步状态下的主从腔机械系统设计成质量传感器。当传感部分存在微小感测质量的情况下,通过计算主从腔系统同步性失调程度值来进行外来质量的探测,且研究表明该传感器可探测到10^-12g量级的质量。通过以上研究,本文为实现微腔光机械系统的同步及相关应用提供了新的思路。