原子分子的精密光谱和灵敏检测

原子和分子的光谱是研究其结构和分子内相互作用的主要手段之一。光谱测量也是目前最为精密的探测手段。从原子分子的精密光谱，可对一些最基本的物理常数进行测定，或对原子分子（甚至原子核）结构理论进行检验。因此可以说，它是对物理世界的一个最精细的感知。同时，基于激光的灵敏光谱探测技术，也是痕量气体分析、环境监测等应用领域的重要手段，由于激光技术的迅速发展，光谱方法本身所具有的非接触、高灵敏等特性，使得基于光学方法的检测技术近年来逐渐成为这些领域应用中的主流。

我们一直致力于，发展基于激光的高灵敏光谱技术，开展原子分子结构和动力学方面的基础研究，以及在气候、天文、燃烧等各领域的应用研究，

我们目前的主要工作包括：
（1）氢气、水、二氧化碳等基本的小分子也都是迄今人类研究得最为深入的分子。利用高灵敏的光谱探测技术和精密激光锁频技术等，实现kHz甚至更高精度的原子分子光谱测量，这些新的高精密光谱实验数据，将可能成为对各种理论和模型计算结果进行检验的“Benchmark”，甚至实现对基本物理常数的测定。

（2）基于极高灵敏度的光腔衰荡光谱（CRDS）技术的高灵敏检测技术。其高灵敏度和高精密特点，带来了大量潜在的应用。利用基于二极管激光器的CRDS技术，可实现对大气分子（如H2O、CO2、CH4、N2O等）以及气溶胶等的快速、实时的现场监测，在气象和气候领域应用发展十分迅速。

（3）激光冷却原子痕量探测技术与应用：利用激光冷却原子方法，可实现对丰度仅ppt水平（1E-12）甚至更低的Kr-85、Kr-81、Ar-39等长寿命放射性同位素的检测。这在水文观测、环境监测等领域具有重要的应用价值。


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Publications

研究基金与项目

• “基于极紫外光源的化学反应过渡态精准探测”，科学院先导B（Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences）：
  基于极紫外自由电子激光的高灵敏探测技术（XDB0970100，王兴安）



• “基于里德堡原子系综的微波-光波频率转换机制与转换效率上限的研究”，国家自然科学基金专项项目，
  (Gr.N. 12347129, 吕亚男, RMB 180K) 2024.1 - 2024.12



• “量子态分辨的分子-表面散射测量系统”，国家自然科学基金重大科研仪器研制项目，
  (Gr.N. 22327801, 王兴安，汪涛，刘安雯, RMB 8.0M) 2024.1 - 2028.12



• “氢分子（离子）振转跃迁频率测量”，国家自然科学基金重大项目课题，
  (Gr.N.12393825, 童昕、王进, RMB 2.85M) 2024.1 - 2028.12



• “氦原子精细结构与核半径测量”，国家自然科学基金重大项目课题，
  (Gr.N.12393822, 胡水明, RMB 2.79M) 2024.1 - 2028.12



• “以亚多普勒吸收光谱方法实现甲烷分子振转光谱的精准归属”，国家自然科学基金面上项目，
  (Gr.N. 22273096, 刘安雯, RMB 540K) 2023.1 - 2026.12



• “冷分子碰撞传能动力学的理论与实验研究”，国家自然科学基金重点项目，
  (Gr.N.22241302, 谢代前，程存峰, RMB 3.0M) 2023.1 - 2026.12



• “十四五”国家质量基础设施体系——3.5 碳排放监测数据质量控制关键测量技术及标准研究*（青年项目）“甲烷高精度光谱数据参考”：
  (2022YFF0606500, 谈艳, RMB 2M) 2022.10 - 2025.10



• 中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划 CAS Project for Young Scientists in Basic Research
  (YSBR-055, 何晓东、程存峰等, RMB 20M) 2022.7 - 2027.7



• “高精度电磁测量核心技术装备”，科学院先导C：
  “面向计量基准的物理量测量技术与装备”（XDC07010000，曾长淦，孙羽）2020.1 - 2022.12



• “磷烷分子的中红外精密光谱研究”，国家自然科学基金面上项目，
  (Gr.N. 11974328, 程存峰, RMB 640K) 2020.1 - 2023.12



• “CO2分子近红外振转跃迁频率的精密测量”，国家自然科学基金青年基金，
  (Gr.N. 21903080, 王进, RMB 250K) 2020.1 - 2022.12.



• “二氧化碳在遥感探测波段的高精密变温吸收光谱测量”，国家自然科学基金青年基金，
  (Gr.N. 41905018, 谈艳, RMB 290K) 2020.1 - 2022.12.



• “动态化学前沿研究”，国家自然科学基金委科学中心项目，
  (Gr.N. 21688102, 杨学明, RMB 12M/200M) 2017.1-2021.12.



• “基于原子的精密测量物理”，科学院先导B：
  原子EDM检验CP破坏（XDB21010200，卢征天）；类氦体系检验QED（XDB21010400，柳晓军）； 多普勒展宽测定kB（XDB21020100，胡水明）



• “光频梳标定的中红外高精度光腔衰荡光谱探测系统”，基金委国家重大科研仪器研制项目，
  (Gr.N. 21427804, PI: 胡水明, RMB 7.1M) 2015-2019.



• “高精密光腔衰荡光谱研究分子碰撞诱导吸收”，国家自然科学基金面上项目，
  (Gr.N. 21473172, PI: 刘安雯, RMB 800K) 2015-2018.



• “精密分子光谱方法测定波尔兹曼常数”，基金委“精密测量物理”重大研究计划重点项目，
  (Gr.N. 91436209, PI: S.-M. Hu, RMB 4.0M) 2015-2018.



• “痕量惰性气体核素激光冷却计数技术研究”，国土资源部公益性行业科研专项，
  (Gr.N. 201511046-2, PI: 胡水明, RMB 1.32M) 2015-2017.



• “探测低温固体基质中的单个Yb原子”，国家自然科学基金青年基金，
  (Gr.N. 21403206, PI: R. Lambo, RMB 250K) 2015-2017.



• “部分大气和星际分子的精密光谱”，基金委（NSFC）-俄罗斯基础科学基金会（RFBR）国际合作与交流项目，
  (Gr.N. 21411130183 PI: 胡水明, RMB 90K) 2014-2015.



• “氢分子近红外振转光谱的精密测量”，国家自然科学基金青年基金，
  (Gr.N. 21303176, PI: 程存峰, RMB 250K) 2014-2016.



• “单量子态氦原子的制备和精密测量”，国家自然科学基金青年基金，
  (Gr.N. 11304303, PI: 孙羽, RMB 300K) 2014-2016.



• “气溶胶特性计量标准及溯源技术研究”，国家科技支撑计划项目“环境监测关键计量标准及测量技术研究”子课题
  (NBRPC 2013BAK12B00, PI: 胡水明, RMB 2.3M) 2013-2016.



• “单光子灵敏检测、精密光谱测量及微纳结构中光子调控”，国家自然科学基金“单量子态的检测及相互作用”重大研究计划集成项目，
  (Gr.N. 91221304, PI: 胡水明, RMB 1.0M) 2013-2015.



• “高精度原子分子光谱学”，国家杰出青年基金，
  (Gr.N. 21225314, PI: 胡水明, RMB 2.0M) 2013-2016.



• “燃烧化学动力学研究”，国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“化学反应动力学的若干前沿课题研究”子课题，
  (NBRPC 2013CB834602, PI: 胡水明, RMB 0.97M) 2013-2017.



• “大气污染的化学动力学”，中央高校研究发展计划，校创新团队，
  (FRFCU, PI: 胡水明, RMB 1.0M) 2010-2012.



• “基于分子和分子体系的量子调控”，国家重点基础研究发展计划，
  (NKBRSF 2010CB923300, PI: 罗毅) 2010-2014.



• “大气条件下水和二氧化碳分子的连续吸收变温研究”，中国科学技术大学青年创新基金，
  (FRFCU, PI: 刘安雯, RMB 200K) 2011-2013.



• “甲烷分子的高分辨变温吸收光谱研究”，国家自然科学基金青年基金，
  (Gr.N. 20903085, PI: 刘安雯, RMB 210K) 2010-2012.



• “氦原子精细结构的高精密光谱学”，国家自然科学基金"单量子态的检测及相互作用"重大研究计划培育项目，
  (Gr.N. 90921006, PI: 胡水明, RMB 700K) 2010-2012.



• “氢分子晶体基质隔离的分子光谱学研究”，国家自然科学基金，
  (Gr.N. 20873132, PI: 胡水明, RMB 320K) 2009-2011.



• “原子光谱及原子与光子相互作用---冷原子阱痕量检测技术和应用”，国家自然科学基金（海外青年学者合作研究基金），
  (Gr.N. 10728408, PI: 卢征天，胡水明, RMB 400K) 2008-2010.



• “激光冷却痕量同位素原子探测技术装置”，中国科学院重大科研装备研制项目，
  (Gr.N. YZ200765, PI: 胡水明, RMB 2,500K) 2007-2009.



• “超低温条件下反应中间体的动力学研究”，国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“复杂体系的化学动力学研究”子课题，
  (Gr.N. 2007CB815203, PI: 周鸣飞, RMB 1,800k) 2007-2011.



• “原子分子系统量子动力学有效近似理论方法及其应用研究”，国家自然科学基金，
  (Gr.N. 20533060, PI: 邵久书, RMB 1,600K) 2006-2009.



• “部分大气分子高振转激发态的微弱红外吸收光谱学”，霍英东教育基金，
  (Gr.N. 101013, PI: 胡水明, USD 17.6K) 2006-2008.



• “大气中某些重要分子的高灵敏中红外激光光谱学”，国家自然科学基金，
  (Gr.N. 10574124, PI: 朱清时, RMB 350K) 2006-2008.



• “水等主要大气分子的近红外弱吸收谱带研究”，国家自然科学基金，
  (Gr.N. 20473079, PI: 胡水明, RMB 250K) 2005-2007.



• “多原子分子光谱强度的高精度测量和高振动激发态研究”，国家自然科学基金，
  (Gr.N. 20103007, PI: 胡水明, RMB 180K) 2002-2004.



• “用傅里叶变换激光腔内吸收光谱方法研究分子高振动态”，国家自然科学基金，
  (Gr.N. 29903010, PI: 林海, RMB 120K) 2000-2002.