向“三高”進(jìn)軍

科學(xué)技術(shù)的每次飛躍都得益于使用前所未有的測(cè)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(rèn)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(diǎn)和關(guān)鍵。近20多年來，諾貝爾獎(jiǎng)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(jìn)行了長(zhǎng)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(gè)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(shì)和特色。為在該領(lǐng)域進(jìn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于2007年1月獲批準(zhǔn)籌建，2009年12月，實(shí)驗(yàn)室通過科技部驗(yàn)收。

聚焦研究方向，滿足發(fā)展需求

自成立以來，實(shí)驗(yàn)室緊密結(jié)合科學(xué)發(fā)展前沿和國家重大需求，瞄準(zhǔn)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(jiān)隊(duì)伍。不斷挑戰(zhàn)時(shí)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(shí)間、極小空間、極窄頻譜、極高強(qiáng)度和極低溫度等極端條件，實(shí)驗(yàn)室探索和建立了新機(jī)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(shí)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(biāo)，也成為重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的新起點(diǎn)。當(dāng)前該領(lǐng)域正在向10–18的頻率標(biāo)準(zhǔn)精度、10–18秒（阿秒）的時(shí)間分辨精度、單量子水平的測(cè)控以及XUV超短波段等推進(jìn)，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(shí)，這也推動(dòng)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(cè)等的發(fā)展；并且，超靈敏的光譜學(xué)與國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域迫切需求的各種質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和超靈敏測(cè)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(cè)靈敏度的現(xiàn)有水平，進(jìn)一步發(fā)展超靈敏激光測(cè)距、精確定位、生化分子的靈敏探測(cè)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(shí)驗(yàn)室瞄準(zhǔn)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(shí)—頻域分辨率、精度、靈敏度水平為研究的主要目標(biāo)，布局了5個(gè)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?jī)?nèi)容與近期目標(biāo)，建立了光場(chǎng)時(shí)—頻域的精密控制實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)、極端超快精密光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)、極紫外光學(xué)頻率梳及超短波段精密光譜實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)、基于時(shí)—頻域精密操控的量子調(diào)控實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)、單光子精密測(cè)控與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)、分子光學(xué)與冷分子精密光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)、超靈敏高精度光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)的7大平臺(tái)。為開展高水平、高層次、實(shí)質(zhì)性的國際外學(xué)術(shù)研究，實(shí)驗(yàn)室十分重視并積極與其他高校進(jìn)行了合作交流。截至目前，實(shí)驗(yàn)室已與國際計(jì)量局（BIPM）、美國國家標(biāo)準(zhǔn)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(tuán)、加拿大Laval大學(xué)等開展了交流合作。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室還積極邀請(qǐng)本領(lǐng)域的國內(nèi)外專家和學(xué)者來實(shí)驗(yàn)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(jī)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(xiàng)國家級(jí)任務(wù)。此外，實(shí)驗(yàn)室每年設(shè)置開放課題，來促進(jìn)交叉合作研究、資源高效利用。

以五大方向?yàn)榛c(diǎn)攀登學(xué)科高峰

多年來，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)—頻域精密光譜學(xué)研究。在該方向上，實(shí)驗(yàn)室以提高光譜時(shí)—頻域分辨率和精度的新機(jī)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(zhǎng)的精密光譜學(xué)研究，基于時(shí)—頻域精密控制超快光場(chǎng)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(chǎng)時(shí)—頻域精密控制的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)國際有影響的全波段高功率飛秒光梳、深紫外激光、遠(yuǎn)程光纖頻標(biāo)網(wǎng)絡(luò)、冷鐿原子光鐘；同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室希望實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)時(shí)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(shí)間分辨、亞納米空間高分辨研究、超靈敏探測(cè)，以及實(shí)現(xiàn)物理常數(shù)的精密測(cè)量。

2.原子分子精密光譜學(xué)研究。在該研究方向上，實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(shí)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(cè)量技術(shù)；同時(shí)，通過發(fā)展高精度和高分辨光譜，以求實(shí)現(xiàn)對(duì)物理常數(shù)的精密測(cè)量和基本規(guī)律進(jìn)行研究。

3.超靈敏光譜學(xué)研究。圍繞超靈敏光譜學(xué)新機(jī)理與新方法研究，單光子探測(cè)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(shí)驗(yàn)室對(duì)超靈敏光譜學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行了探索。在研究中，實(shí)驗(yàn)室基于單光子靈敏探測(cè)技術(shù)研制多光束光子計(jì)數(shù)激光成像裝備、百公里無人機(jī)搭載光子數(shù)分辨通信系統(tǒng)來進(jìn)行光子數(shù)分辨衛(wèi)星測(cè)距測(cè)角實(shí)驗(yàn)，研制新型單光子源、高效量子關(guān)聯(lián)光源，以期實(shí)現(xiàn)量子關(guān)聯(lián)超靈敏光譜測(cè)量、標(biāo)準(zhǔn)量子極限的高靈敏干涉測(cè)量，并拓展尖端航空航天精密光譜測(cè)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了精密光譜學(xué)方法與技術(shù)在生物分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及微納材料等新型物質(zhì)測(cè)控等方面的前沿研究。通過這些研究，實(shí)驗(yàn)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(cè)應(yīng)用、時(shí)間分辨檢測(cè)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(cè)控的交叉應(yīng)用；此外，還希望發(fā)展理論計(jì)算方法和超快時(shí)空分辨激光成像技術(shù)，開拓蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和動(dòng)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(shí)驗(yàn)室對(duì)相關(guān)精密測(cè)量新機(jī)理與新方法的前沿性理論進(jìn)行了研究。希望能夠結(jié)合精密光譜實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)展有效的理論與計(jì)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(cè)量的新機(jī)理與新方法。

在多年的探索中，實(shí)驗(yàn)室在分子高階閾上解離研究中，觀測(cè)到了分子高階閾上解離原子核能譜，為激光場(chǎng)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(shí)驗(yàn)室首次推廣了Grover算法。在分子超快強(qiáng)場(chǎng)作用下電子重俘獲行為精密測(cè)控研究中，實(shí)驗(yàn)室首次實(shí)時(shí)觀測(cè)到了電子被解離核重新俘獲的超快動(dòng)態(tài)演化過程，揭示了電子重俘獲超快動(dòng)力學(xué)的基本物理過程，為利用時(shí)頻精密控制的超快光場(chǎng)選擇性激發(fā)里德堡態(tài)提供了新思路。除此之外，實(shí)驗(yàn)室在基于單光子計(jì)數(shù)和相干測(cè)量的多維光譜新方法、空芯光子晶體光纖中光脈沖的存儲(chǔ)與讀取、分子芯片表面的靜電晶格、稀土離子價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化的超快光場(chǎng)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(xì)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(dāng)前我國急需解決的諸多重大問題，與國民經(jīng)濟(jì)和國家建設(shè)密切相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)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(jī)理、新方法、新技術(shù)和新裝備。為滿足國家發(fā)展需求，實(shí)驗(yàn)室將在眾多成就之上繼續(xù)向前開拓。