超快强激光作用下，原子或分子内的束缚电子将从光场中吸收光子能量发生电离。根据激光强度的不同，电子的超快电离可以理解为多光子电离或量子隧穿机制。近年来，研究人员发现在强激光场作用下电子有一定的概率不被电离而被囚禁在里德堡态，形成稳定的中性里德堡原子分子。经过不断的科学探索，研究人员提出强激光诱导里德堡态激发的物理机制与原子分子电离机制类似，可以用多光子共振激发或受挫量子隧穿图像来解释。多光子共...

光学干涉仪是计量学的基础，它为精确相位测量做出了巨大贡献。 然而，随着光学干涉仪的发展，人们认识到传统干涉仪的相位灵敏度有其自身的经典极限，称为标准量子极限，由数值1 /来刻画，其中是干涉仪内部的光子数。量子计量学研究量子力学如何影响测量系统并使其超越标准量子极限成为可能，这对现代度量学带来了巨大的促进作用。近期实验室荆杰泰教授研究小组使用原子蒸汽中四波混频过程作为非线性SU（1，1）干涉仪，通过直接强度...

冷分子在精密物理常数测量、高分辨光谱、冷碰撞、冷化学等领域具有重要的应用价值。过去几十年，科研工作者对冷分子的研究兴趣一直非常浓厚，在理论和实验上开展了大量的研究，相继提出并发展了一系列制备和操控冷分子的方法和技术方案。由于分子能级结构和属性的复杂性，每一种方法均有其适用范围的局限性，因此探索冷分子制备和操控新原理和新方案的努力从未停止。最近，实验室的冷分子小组提出了一种超声分子束光电复合场减速及...

近几年来，人们对YAG晶体中Ce3+离子的电子自旋研究产生了很大的兴趣。光学泵浦可以初始化Ce3+离子4f态与5d态的电子自旋。时间分辨的法拉第旋转光谱表明5d态的电子g因子是近各向同性的。很多研究表明电子自旋与27Al核自旋之间的超精细相互作用是4f态与5d态电子自旋弛豫的主要机制。然而，对于4f与5d不同壳层的电子而言，电子自旋与核自旋之间的超精细相互作用的性质是否相同还不明确，在超精细耦合强度以及局域超精细场分布宽度等问...

单束飞秒激光在材料表面制备周期条纹在材料表面改性方面具有广泛的应用，如宽谱强吸收，发光增强，表面着色和浸润性调控等。半个世纪以来，单束激光在材料表面诱导周期条纹结构的机制一直是令人困惑的问题。人们提出了几个模型，如表面散射波模型，自组织模型与表面等离激元（SPP）模型等解释周期条纹的形成机制。SPP模型很好地解释了飞秒激光脉冲在半导体表面诱导周期条纹的机制，但无法解释SPP非常强的金、银表面形成条纹的周期...

量子技术未来最重要的应用之一就是精密时钟。目前，最精确的被广泛应用的时钟是放置在世界各地的原子钟，每天出现的误差在纳秒级别。如果没有这样的时钟，我们每天使用的GPS系统就无法工作。正在开发的下一代时钟旨在将时钟精度再提高10000倍。当这种时钟最终取代现有时钟时，一个重要的问题出现了:如何同步这种精确的时钟？目前，时钟同步是通过在各个时钟之间发送信号，并根据信号的到达商定一个共同时间来执行的。但是这种方法...

近期，魏启及其合作者在强场物理研究方面取得重要进展，相关成果以“Pendular alignment and strong chemical binding are induced in helium dimer molecules by intense laser fields”为题在线发表于国际著名期刊《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS）该工作由本实验室魏启，美国普渡大学的Sabre Kais教授，日本京都大学的Tomokazu Yasuike教授和...

尽管飞秒激光器已经商用化了，在很多光学系统中获得了广泛的应用。但是一个基本的科学问题一直悬而未决，即打开激光器的瞬间飞秒脉冲是如何一步步从噪声中建立起来的。这个问题的答案有助于理解飞秒激光器的动力学行为，甚至可以优化飞秒激光器的设计。2016年德国科研人员在Nature Photonics上发表文章，报道了钛宝石激光器启动瞬间激光器内光场的快速演化过程。实验成功的关键在于他们设计了一套超快光谱测量系统，比传统的光谱测...

相干拉曼光谱技术（Coherent Raman Spectroscopy，CRS）是一种基于共振非线性四波混频过程的测量技术，其利用分子拉曼跃迁辐射光谱获取分子能级信息，可以实现分子指纹识别功能。该技术被广泛应用于生物医学成像、病变细胞/组织诊断、材料结构分析、化学成分解析等诸多领域。然而，目前的CRS技术主要基于传统的色散光谱或是迈克尔逊傅里叶光谱测量方法，存在测量耗时、光谱分辨率低、可测量分子指纹光谱范围窄等限制因素。双光梳光...

  在电磁感应透明(Electromagnetically Induced Transparency，简称 EIT) 体系中，通过关闭与开启控制光场可实现光与原子内态之间的信息转换，从而可用来实现光与量子信号信息存储与读取。EIT体系中的暗态极化激元的稳定性及其可控性是实现存储与读取的关键。但是，目前基于EIT体系的光信号传播和相干操控大多基于超冷或自由空间的原子气体，其实验实现较为复杂，不易集成，同时还存在原子气体的扩散等问题。鉴于此，不少研究...

稀土掺杂纳米晶材料的偏振上转换发光在多维度信息传输、偏振3D显示技术和高分辨率成像等方面具有重要的应用价值。目前偏振上转换发光主要在几百纳米或者微米尺度的稀土掺杂晶体里通过基质晶体严格的各向异性晶体场来实现。但是当晶体尺寸降低到目前广泛研究和应用的几十纳米尺度时，由于纳米材料的量子尺寸效应其基质晶体的各向异性晶体场发生严重畸变，因而无法实现偏振发光特性。利用贵金属纳米材料的表面等离子体共振效应来调控...

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不断提高稳频激光的性能。实验室于2005年开始研制窄线宽稳频激光系统，于2008年初步建立了两套1064nm窄线宽稳频激光系统，当时激光的线宽达到2Hz，为国内首台...

金属纳米颗粒与邻近荧光分子之间存在两种相互作用：一种是源于金属与分子间非辐射能量转移以及电荷传输导致的荧光淬灭；另一种是源于金属纳米颗粒表面等离激元共振引起的荧光增强。这两种相互竞争机制的存在，导致金属纳米颗粒对局域场中分子荧光的影响相对复杂；但另一方面，通过调节金属纳米颗粒的材料、尺寸、形状以及与分子的间距，能够影响两种作用的相对强弱，进而调制荧光分子的发光特性。尤其是当金属纳米颗粒和荧光分子的...

紫外激光在水中的成丝与近红外激光在水中的成丝有很大的不同。由于其钳制功率的降低，紫外光丝产生的超连续谱较红外光丝要窄很多。飞秒激光由于其超短的作用时间，原则上是不利于受激拉曼散射的产生的，这是因为在超短的脉冲作用时间内，群速度色散会导致拉曼光与泵浦光之间的走离，即群速度失配。实验中我们以钛宝石飞秒激光的倍频光，即中心波长在400nm，脉宽130fs，最高能量为4mJ的激光在水中拉丝，在前向直接观察到了很强的受...

长期以来，对发动机的研究一直是人类现代工业的研究重心之一，但是经典发动机的运行面临着熟悉的绝热定理：提高设备的效率需要较长的运行时间，降低了输出功率；而较短的循环时间却会增加摩擦和损耗，从而降低了效率。这使得任何现实设备都将面临这种权衡，从而几乎很难达到理论热机极限。近期实验室超冷量子气体课题组以强相互作用的费米原子气体为工作介质，实现了量子热机无摩擦超绝热压缩和膨胀冲程，研究了等价的超绝热平均功...