基因编码荧光生物探针在生命科学领域具有重要的意义，通过基因编码的荧光蛋白探针可以实现对生物小分子的特异性检测，以及实时监测生命过程，从而为病理研究、疾病早期发现提供一种强有力的工具。相比于化学染料探针，基因编码的荧光蛋白探针生物兼容性更好，细胞毒性更小，同时在细胞内的定位也更加准确，可以更好的减少人为因素的干扰。环化荧光蛋白探针是近年来发展比较迅速的一类生物探针，独特的构造方式使其更...

         原子磁力计作为最灵敏的磁力计之一有广泛的应用前景。利用非线性磁光旋转效应测量磁场的原子磁力计由于其极低的灵敏度并且易于小型化，成为了测量磁场的一种理想手段。非线性磁光旋转常常也伴随着自旋转（PSR）效应。当磁力计的探测光与原子跃迁频率靠近时，该效应会引起磁力计噪声水平的变化。在原子磁力计中，磁场信息常常加载在光场偏振中。对于一般的偏振测量装置，其观测量往往对应的正交...

     孤子爆炸是耗散系统中一种很特别的非线性现象。其具体是指孤子在传输过程中突然爆炸成 “碎片”，更有意思的是这些“碎片”随后又会还原成原来的孤子。孤子爆炸现象是由澳大利亚国立大学的阿克麦迪夫教授在模拟朗道方程的时候发现的（Phys. Rev. Lett. 85, 2937 (2000)）。两年后这一现象被美国科罗拉多大学的卡迪夫教授从实验上证实(Phys. Rev. Lett.88, 073903 (2002)）。目前，这种奇异的非线性过程只...

      多波束激光雷达是目前效率最高的一种激光雷达方案，在机载/星载对地测绘和目标搜索等应用方向有重要的应用。美国NASA于2018年发射IceSatII卫星，搭载了6波束对地激光测高雷达，率先采用了单光子探测体制，解决多波束激光雷达载荷瓶颈。我国目前正在研制百波束量级的对地激光测高雷达，同样采用单光子探测体制突破载荷瓶颈。作为一项新技术，大规模波束单光子探测激光雷达还有许多技术瓶颈需要克服。&nbs...

        通过原子和光相互作用构成的量子界面在量子信息处理、量子网络和量子精密测量中有重要的应用价值。在量子界面中，光和原子或者类原子系统的相互作用是多样的。其中，分束器类的相互作用就是其中非常普遍而且具有重要应用的一大类，且其最重要的应用之一就是光的量子存储。在原子介质中，光的量子态通过在驱动光场的作用下转换为原子内的相干激发，或称为原子自旋波，进而有效地存储在原子的内态...

孤子是一种在传输时不会发散的波包。呼吸子在传输过程中其大小会发生周期性变化。由于呼吸子和许多非线性现象有着内在关联，例如怪波，湍流，飓风，海啸等极端现象，引发学界的广泛关注。     此前，呼吸子的产生局限于能量保守系统，例如水波、单通光纤系统，冷原子等。然而大量现实世界的物理系统都是耗散系统，那呼吸子是否也可以在耗散系统里产生？飞秒激光器是一个典型的耗散系统，最近的理论模拟表明飞...

        腔光力学在精密测量、微纳光子学、量子信息和量子计算等领域具有广泛的应用前景，同时还提供了一条在宏观尺度上验证量子力学基本问题的崭新道路，成为深入探索微观事物本质以及联系宏观世界的理想研究平台，近年来引起了人们广泛的兴趣和关注。腔光力学作为一个新兴领域，到目前为止，绝大部分实验研究都聚焦于最基本的腔光力系统，也就是单一光场和单一机械振动模式耦合的光力系统。...

冷分子因其具振动、转动自由度，以及永久电偶极矩，在精密测量，多体物理，冷化学操控以及量子模拟与计算等领域具有广泛的应用前景。然而，分子复杂的内态能级结构，使得制备超冷分子困难重重。MgF分子具有较小的激发态g因子（ge=-0.0002）和较大的跃迁辐射速率（G=2p´22MHz），其能否被有效的磁光囚禁并冷却是一个值得探讨的问题。印建平小组利用三维的速率方程，对MgF分子磁光阱中所涉及的十六能级泵浦跃迁进行了模拟。考虑了每...

量子探测理论所描述的光子计数，与辐射模式的湮灭有关。光子数量的任何可探测变化都需要至少两个光-物质相互作用过程。因此，经典光源对量子物质的衍射是光-物质相互作用中的二阶过程。现在存在低光子通量或短波长（可以检测光子数变化）的实验设置，则需要考虑光的量子性质。多维衍射可以通过将分子置于脉冲序列中获得的光子符合计数来测量。潜在的物质信息是由控制自发电荷涨落的电荷密度的多点相关函数给出的。由于场和电荷密度...

胶体量子点中，由于较大的比表面积，表面不饱和键的存在所导致的电子-空穴空间分离是一种常见的现象。基于电荷分离，光致荷电或者光掺杂法可以用来获得带正电荷或者带负电荷的量子点。稳定的光致负荷电，也叫n型光掺杂，对于零阈值光增益，光催化和光伏电池的应用具有很重要的意义，且可以在很大程度上延长自旋寿命，有利于量子点在量子信息的储存和处理方面的应用。在过去的研究中，已经报道的胶体量子点中稳定的负光致荷电态通常...

    半导体量子点中局域的电子自旋态有利于固态量子信息处理。室温下，胶体量子点系综具有相对较长的自旋相干寿命。相比于分子束外延量子点，胶体量子点制备价格更加廉价，形状、尺寸和结构更加容易控制。胶体量子点较大的比表面积对其光电性质有着巨大的影响，在过去的研究中也暗示着量子点表面状态会对其中电子自旋的性质有影响，但是目前还远没有系统的研究这一问题。CdSe胶体量子点的电子自旋相干动力学通常存在两个...

        在能量转移过程中，敏化剂离子吸收一个或多个光子，并被激发到更高的能级，然后将它的能量转移到受体离子，最后受体离子被泵浦到更高的激发态。能量转移过程作为稀土离子掺杂发光材料的一种有效发光方式，在很多领域有着广泛的应用，如彩色显示，生物标签，新型光源等。        Tm3+/Yb3+共掺材料作为一种常见的能量转移体系已经被广泛研究。由于Y...

一般飞秒脉冲在光纤中传输以后由于自相位调制其光谱会展宽。自参量放大是一类反常的非线性现象，该现象是指带负啁啾的超短脉冲在正常色散光纤中传输后其光谱宽度会变窄。这一反常非线性现象对设计高光谱亮度的飞秒光纤激光器具有重要意义，然而这一现象和激光器的边界条件相违背。如何在激光器中激发这一非线性现象是一个难点。       实验室曾和平教授团队通过理论和实验首次发现通过同时管理激光...

1916年，德国天文学家史瓦西通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个严格解。此解表明，若将大量物质集中于空间某一小区域，则任何物体一旦进入该区域也将无法逃逸。这种奇妙的天体后来被美国物理学家惠勒命名为“黑洞”。由于黑洞的引力极强，似乎不可能存在任何辐射现象。然而，1974年英国物理学家霍金结合广义相对论和量子力学导出了一个非常重要的理论结果，即黑洞表面可能存在电磁辐射（后来被命名为霍金辐射）。但是要想在真...

超窄线宽稳频激光具有频谱分辨率高、频率稳定度高、频率噪声低的特点，它是原子光钟、高分辨光谱、引力波探测、低噪声微波源和光学频率合成器等研究的关键器件。窄线宽稳频激光的性能决定了光谱的分辨率、精密测量的精度与灵敏度以及频率合成的噪声水平，因此国际上许多研究小组正不断努力提高稳频激光的性能：利用室温下30-40 cm长的光学参考腔已获得频率不稳定度在1×10−16的窄线宽激光（1秒平均时间），这些激光的性能受限于室...