向“三高”進軍
——精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室

科學(xué)技術(shù)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(shù)手段。激光的精密光譜科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展極大地提高了人類探索自然規(guī)律的能力，因此，其被科學(xué)界公認為人類探索和揭示微觀世界規(guī)律，及發(fā)展重要前沿科學(xué)和高新技術(shù)的基點和關(guān)鍵。近20多年來，諾貝爾獎已先后6次頒發(fā)給精密光譜科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的研究。

華東師范大學(xué)在精密光譜科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域進行了長期的創(chuàng)新性研究，60多年來，經(jīng)歷了分子光譜學(xué)與技術(shù)、高分辨非線性激光光譜學(xué)與技術(shù)、精密光譜科學(xué)與技術(shù)3個發(fā)展階段，并形成了高分辨、高精度、高靈敏光譜科學(xué)與技術(shù)的優(yōu)勢和特色。為在該領(lǐng)域進行更深入探索，依托于華東師范大學(xué)的精密光譜科學(xué)與技術(shù)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(fā)展需求

自成立以來，實驗室緊密結(jié)合科學(xué)發(fā)展前沿和國家重大需求，瞄準精密光譜科學(xué)的研究前沿與關(guān)鍵技術(shù)問題，聚集和建設(shè)一支能在高水平基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究中作出一流成果的科技攻堅隊伍。不斷挑戰(zhàn)時間、空間和頻率等基本物理量現(xiàn)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(shù)以及新儀器與新裝備，并努力在科學(xué)研究的前沿及若干交叉領(lǐng)域與高科技應(yīng)用中收獲重要影響和引領(lǐng)作用的創(chuàng)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(xué)與技術(shù)研究領(lǐng)域，不斷挑戰(zhàn)并突破時間高分辨、頻率高分辨、高靈敏度的現(xiàn)有水平已成為科學(xué)家追求的目標，也成為重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的新起點。當前該領(lǐng)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(chuàng)出處于學(xué)科與高技術(shù)前沿的全新的精密光譜科學(xué)與技術(shù)；同時，這也推動著光子精密操控技術(shù)、光尺與光鐘的研制、超靈敏光譜檢測等的發(fā)展；并且，超靈敏的光譜學(xué)與國民經(jīng)濟領(lǐng)域迫切需求的各種質(zhì)量標準和超靈敏測量等密切相關(guān)。因此，精密光譜科學(xué)與技術(shù)亟待突破光譜檢測靈敏度的現(xiàn)有水平，進一步發(fā)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(shù)。

精密光譜科學(xué)與技術(shù)在提高探索自然規(guī)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(xué)前沿和關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題以及國家發(fā)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(guān)聯(lián)的主要研究方向，并制定出了明確的研究內(nèi)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(xué)實驗研究平臺、極紫外光學(xué)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(diào)控實驗研究平臺、單光子精密測控與應(yīng)用實驗研究平臺、分子光學(xué)與冷分子精密光譜學(xué)實驗研究平臺、超靈敏高精度光譜學(xué)實驗研究平臺的7大平臺。為開展高水平、高層次、實質(zhì)性的國際外學(xué)術(shù)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(shù)研究所(NIST)、美國科羅拉多大學(xué)、美國Rochest大學(xué)、法國巴黎高師集團、加拿大Laval大學(xué)等開展了交流合作。同時，實驗室還積極邀請本領(lǐng)域的國內(nèi)外專家和學(xué)者來實驗室開展訪問和交流，并與國內(nèi)高等院校或中科院研究所，如，中科院上海光機所、山西大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京大學(xué)等共同承擔(dān)了多項國家級任務(wù)。此外，實驗室每年設(shè)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(xué)與技術(shù)國家重點實驗室

以五大方向為基點攀登學(xué)科高峰

多年來，實驗室一直在精密光譜科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域探索耕耘。在多年的發(fā)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(xué)與技術(shù)領(lǐng)域摘下更多豐碩的研究成果。

1.時—頻域精密光譜學(xué)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(shù)研究，冷鐿原子光鐘的研制及其關(guān)鍵技術(shù)研究，新波段與超短波長的精密光譜學(xué)研究，基于時—頻域精密控制超快光場的精密光譜學(xué)開拓研究展開工作。以期在研究中發(fā)展光場時—頻域精密控制的新技術(shù)，實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)、冷鐿原子光鐘；同時，實驗室希望實現(xiàn)光場時頻域精密控制下分子軌道與結(jié)構(gòu)、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(xiàn)物理常數(shù)的精密測量。

2.原子分子精密光譜學(xué)研究。在該研究方向上，實驗室開展了冷原子精密光譜學(xué)與精密操控研究，分子冷卻、操控與冷分子精密光譜學(xué)研究，自由基分子和瞬態(tài)分子的精密光譜學(xué)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(xiàn)長壽命穩(wěn)定的超冷原子和極性分子氣體；通過構(gòu)建光學(xué)可控的量子體系，來實現(xiàn)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(shù)；同時，通過發(fā)展高精度和高分辨光譜，以求實現(xiàn)對物理常數(shù)的精密測量和基本規(guī)律進行研究。

3.超靈敏光譜學(xué)研究。圍繞超靈敏光譜學(xué)新機理與新方法研究，單光子探測與控制新技術(shù)與新儀器研究，單光子非線性光學(xué)研究與原子系綜的量子關(guān)聯(lián)光束研究，實驗室對超靈敏光譜學(xué)領(lǐng)域進行了探索。在研究中，實驗室基于單光子靈敏探測技術(shù)研制多光束光子計數(shù)激光成像裝備、百公里無人機搭載光子數(shù)分辨通信系統(tǒng)來進行光子數(shù)分辨衛(wèi)星測距測角實驗，研制新型單光子源、高效量子關(guān)聯(lián)光源，以期實現(xiàn)量子關(guān)聯(lián)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(yīng)用。

4.精密光譜學(xué)相關(guān)交叉前沿開拓與應(yīng)用研究。在該領(lǐng)域，實驗室進行了精密光譜學(xué)方法與技術(shù)在生物分子反應(yīng)動力學(xué)以及微納材料等新型物質(zhì)測控等方面的前沿研究。通過這些研究，實驗室希望能夠?qū)崿F(xiàn)污染物、有毒化學(xué)分子的高靈敏光譜探針探測應(yīng)用、時間分辨檢測及成像；發(fā)展激光微納米加工新原理新技術(shù)，拓展精密制造應(yīng)用與新型材料結(jié)構(gòu)性能測控的交叉應(yīng)用；此外，還希望發(fā)展理論計算方法和超快時空分辨激光成像技術(shù)，開拓蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和動力學(xué)以及新型物質(zhì)結(jié)構(gòu)的超快光電性能等方面的前沿研究。

5.精密光譜學(xué)的前瞻性理論研究。在該研究方向上，實驗室對相關(guān)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(jié)合精密光譜實驗研究，發(fā)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(guān)聯(lián)研究；探索與提出精密光譜學(xué)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(fā)展了電子—原子核的關(guān)聯(lián)能譜技術(shù)，為探索分子內(nèi)電子—核的關(guān)聯(lián)效應(yīng)，以及分子結(jié)構(gòu)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(tài)演化過程，揭示了電子重俘獲超快動力學(xué)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(fā)里德堡態(tài)提供了新思路。除此之外，實驗室在基于單光子計數(shù)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(tài)轉(zhuǎn)化的超快光場調(diào)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(xué)與技術(shù)是發(fā)展具有戰(zhàn)略意義的尖端高新技術(shù)的重要科學(xué)基礎(chǔ)。當前我國急需解決的諸多重大問題，與國民經(jīng)濟和國家建設(shè)密切相關(guān)的標準戰(zhàn)略、環(huán)境戰(zhàn)略、公共安全等，都迫切需要精密光譜科學(xué)與技術(shù)的創(chuàng)新研究成果以及所提供的新機理、新方法、新技術(shù)和新裝備。為滿足國家發(fā)展需求，實驗室將在眾多成就之上繼續(xù)向前開拓。