向“三高”進軍
——精密光譜科學與技術國家重點實驗室

科學技術的每次飛躍都得益于使用前所未有的測量精度、分辨率或靈敏度的物理技術手段。激光的精密光譜科學與技術的發展極大地提高了人類探索自然規律的能力，因此，其被科學界公認為人類探索和揭示微觀世界規律，及發展重要前沿科學和高新技術的基點和關鍵。近20多年來，諾貝爾獎已先后6次頒發給精密光譜科學與技術領域的研究。

華東師范大學在精密光譜科學與技術領域進行了長期的創新性研究，60多年來，經歷了分子光譜學與技術、高分辨非線性激光光譜學與技術、精密光譜科學與技術3個發展階段，并形成了高分辨、高精度、高靈敏光譜科學與技術的優勢和特色。為在該領域進行更深入探索，依托于華東師范大學的精密光譜科學與技術國家重點實驗室于2007年1月獲批準籌建，2009年12月，實驗室通過科技部驗收。

聚焦研究方向，滿足發展需求

自成立以來，實驗室緊密結合科學發展前沿和國家重大需求，瞄準精密光譜科學的研究前沿與關鍵技術問題，聚集和建設一支能在高水平基礎和應用基礎研究中作出一流成果的科技攻堅隊伍。不斷挑戰時間、空間和頻率等基本物理量現有精度極限，著力于獲得極短時間、極小空間、極窄頻譜、極高強度和極低溫度等極端條件，實驗室探索和建立了新機制與新原理、新方法與新技術以及新儀器與新裝備，并努力在科學研究的前沿及若干交叉領域與高科技應用中收獲重要影響和引領作用的創新性成果，建成具有“三高”（即高分辨、高精度、高靈敏）特色的國際一流水平的重要研究基地。

在以高分辨、高精度、高靈敏為特征的精密光譜科學與技術研究領域，不斷挑戰并突破時間高分辨、頻率高分辨、高靈敏度的現有水平已成為科學家追求的目標，也成為重大科學發現的新起點。當前該領域正在向10–18的頻率標準精度、10–18秒（阿秒）的時間分辨精度、單量子水平的測控以及XUV超短波段等推進，從而有望開創出處于學科與高技術前沿的全新的精密光譜科學與技術；同時，這也推動著光子精密操控技術、光尺與光鐘的研制、超靈敏光譜檢測等的發展；并且，超靈敏的光譜學與國民經濟領域迫切需求的各種質量標準和超靈敏測量等密切相關。因此，精密光譜科學與技術亟待突破光譜檢測靈敏度的現有水平，進一步發展超靈敏激光測距、精確定位、生化分子的靈敏探測等高新技術。

精密光譜科學與技術在提高探索自然規律的能力和解決國家重大需求中有舉足輕重的作用。在這樣的背景下，實驗室瞄準國際最新科學前沿和關鍵科學技術問題以及國家發展中的重大需求，以不斷提高光譜的時—頻域分辨率、精度、靈敏度水平為研究的主要目標，布局了5個相互交叉和緊密關聯的主要研究方向，并制定出了明確的研究內容與近期目標，建立了光場時—頻域的精密控制實驗研究平臺、極端超快精密光譜學實驗研究平臺、極紫外光學頻率梳及超短波段精密光譜實驗研究平臺、基于時—頻域精密操控的量子調控實驗研究平臺、單光子精密測控與應用實驗研究平臺、分子光學與冷分子精密光譜學實驗研究平臺、超靈敏高精度光譜學實驗研究平臺的7大平臺。為開展高水平、高層次、實質性的國際外學術研究，實驗室十分重視并積極與其他高校進行了合作交流。截至目前，實驗室已與國際計量局(BIPM)、美國國家標準與技術研究所(NIST)、美國科羅拉多大學、美國Rochest大學、法國巴黎高師集團、加拿大Laval大學等開展了交流合作。同時，實驗室還積極邀請本領域的國內外專家和學者來實驗室開展訪問和交流，并與國內高等院校或中科院研究所，如，中科院上海光機所、山西大學、中國科學技術大學、北京大學等共同承擔了多項國家級任務。此外，實驗室每年設置開放課題，來促進交叉合作研究、資源高效利用。

精密光譜科學與技術國家重點實驗室

以五大方向為基點攀登學科高峰

多年來，實驗室一直在精密光譜科學與技術領域探索耕耘。在多年的發展中，實驗室形成了五大有特色的研究方向，希望圍繞該五大研究方向，能在精密光譜科學與技術領域摘下更多豐碩的研究成果。

1.時—頻域精密光譜學研究。在該方向上，實驗室以提高光譜時—頻域分辨率和精度的新機理、新技術研究，冷鐿原子光鐘的研制及其關鍵技術研究，新波段與超短波長的精密光譜學研究，基于時—頻域精密控制超快光場的精密光譜學開拓研究展開工作。以期在研究中發展光場時—頻域精密控制的新技術，實現國際有影響的全波段高功率飛秒光梳、深紫外激光、遠程光纖頻標網絡、冷鐿原子光鐘；同時，實驗室希望實現光場時頻域精密控制下分子軌道與結構、及其變化與相互作用的阿秒時間分辨、亞納米空間高分辨研究、超靈敏探測，以及實現物理常數的精密測量。

2.原子分子精密光譜學研究。在該研究方向上，實驗室開展了冷原子精密光譜學與精密操控研究，分子冷卻、操控與冷分子精密光譜學研究，自由基分子和瞬態分子的精密光譜學等研究工作。通過開展超冷原子、分子、量子相干的精密控制研究，來實現長壽命穩定的超冷原子和極性分子氣體；通過構建光學可控的量子體系，來實現基于原子分子和光子控制的新型精密原子光譜與量子測量技術；同時，通過發展高精度和高分辨光譜，以求實現對物理常數的精密測量和基本規律進行研究。

3.超靈敏光譜學研究。圍繞超靈敏光譜學新機理與新方法研究，單光子探測與控制新技術與新儀器研究，單光子非線性光學研究與原子系綜的量子關聯光束研究，實驗室對超靈敏光譜學領域進行了探索。在研究中，實驗室基于單光子靈敏探測技術研制多光束光子計數激光成像裝備、百公里無人機搭載光子數分辨通信系統來進行光子數分辨衛星測距測角實驗，研制新型單光子源、高效量子關聯光源，以期實現量子關聯超靈敏光譜測量、標準量子極限的高靈敏干涉測量，并拓展尖端航空航天精密光譜測量和保密通信的應用。

4.精密光譜學相關交叉前沿開拓與應用研究。在該領域，實驗室進行了精密光譜學方法與技術在生物分子反應動力學以及微納材料等新型物質測控等方面的前沿研究。通過這些研究，實驗室希望能夠實現污染物、有毒化學分子的高靈敏光譜探針探測應用、時間分辨檢測及成像；發展激光微納米加工新原理新技術，拓展精密制造應用與新型材料結構性能測控的交叉應用；此外，還希望發展理論計算方法和超快時空分辨激光成像技術，開拓蛋白質分子結構和動力學以及新型物質結構的超快光電性能等方面的前沿研究。

5.精密光譜學的前瞻性理論研究。在該研究方向上，實驗室對相關精密測量新機理與新方法的前沿性理論進行了研究。希望能夠結合精密光譜實驗研究，發展有效的理論與計算方法去開展原子、分子、光子系綜的量子操控與量子關聯研究；探索與提出精密光譜學與精密測量的新機理與新方法。

在多年的探索中，實驗室在分子高階閾上解離研究中，觀測到了分子高階閾上解離原子核能譜，為激光場制備高能離子開辟了新途徑；發展了電子—原子核的關聯能譜技術，為探索分子內電子—核的關聯效應，以及分子結構和軌道成像等提供了新方法。在Grover算法研究中，實驗室首次推廣了Grover算法。在分子超快強場作用下電子重俘獲行為精密測控研究中，實驗室首次實時觀測到了電子被解離核重新俘獲的超快動態演化過程，揭示了電子重俘獲超快動力學的基本物理過程，為利用時頻精密控制的超快光場選擇性激發里德堡態提供了新思路。除此之外，實驗室在基于單光子計數和相干測量的多維光譜新方法、空芯光子晶體光纖中光脈沖的存儲與讀取、分子芯片表面的靜電晶格、稀土離子價態轉化的超快光場調控、兩束飛秒光絲干涉在水中形成的等離子體光柵、鹵素原子的超精細光譜等研究中也收獲眾多研究成果。

精密光譜科學與技術是發展具有戰略意義的尖端高新技術的重要科學基礎。當前我國急需解決的諸多重大問題，與國民經濟和國家建設密切相關的標準戰略、環境戰略、公共安全等，都迫切需要精密光譜科學與技術的創新研究成果以及所提供的新機理、新方法、新技術和新裝備。為滿足國家發展需求，實驗室將在眾多成就之上繼續向前開拓。