精密光谱科学与技术在提高探索自然规律的能力和解决国家重大需求中有举足轻重的作用。光谱的分辨率和探测精度、灵敏度是实现高精密光谱的基础。实验室瞄准国际最新科学前沿和关键科学技术问题以及国家发展中的重大需求，将不断提高光谱的时－频域分辨率、精度、灵敏度的现有水平作为研究的主要目标。实验室聚焦三个相互交叉和紧密关联的主要研究方向：

研究方向一：时-频域精密光谱

• 提高光谱时-频域分辨率和精度的新现象、新机制、新技术的研究；

• 开展分子超快行为精密测控研究，实现分子及微纳体系极端超快行为的精密测量与调控；

• 开展超冷量子体系精密测控研究，实现量子模拟和精密测量；

• 开展光频精密控制研究，发展激光稳频、分频与合成、光频远程传输技术；

• 研制冷镱原子光钟，研制高精度、小型化光钟；

• 发展飞秒光学频率梳，发展先进的新型光谱测量装备，满足围绕国家国防安全、航空航天、生态健康等重大战略应用和产业需求；

• 发展超快成像技术，实现空间-时间-光谱多维成像，满足国防安全重大应用。

研究方向二：超灵敏精密光谱

• 开展单光子产生与探测研究，发展高亮度实用化单光子源，研制远距离成像激光雷达和卫星测距系统，发展高稳定高精度单光子计时器，研制星地激光时间传递系统，满足航空航天和国防安全等国家重大战略应用需求。

• 开展量子极限精密光谱研究，研制新型高品质量子光源、突破量子极限的超高灵敏度干涉仪，实现量子精密测量。

• 超灵敏光谱：发展灵敏光谱探测技术，研制先进装备，实现在材料和生命科学等领域的重大应用。

研究方向三：微纳精密光谱

• 开展光芯片与光电集成研究，基于微纳光学腔与等离激元，发展极高灵敏度、极高精度、高效快速测量与诊断技术，研制微纳光芯片，实现在灵敏传感、医疗与生命健康、环境污染监测与治理等方面的重要应用，实现重大疾病初期的超前诊断。

• 开展超限制造研究，揭示超快激光与材料相互作用新机制，实现激光高品质表面制造、精细制造、极端微结构、高精高效制造，在化工、信息通讯等领域获得产业应用。