本科生大研课题
1. 高密度冷分子束精密测量（模拟分析型）
要求：具有《物理化学》或《热学》、《原子物理》基础
温度约为1K的冷分子束不仅可用作分子减速实验的束源，而且还可应用于冷碰撞物理、冷化学物理和精密测量物理等领域。缓冲气体冷却作为一种获得低温分子束的技术手段，被广泛应用于冷分子相关实验中。缓冲气体冷却的原理是利用低温缓冲气体（He、Ne等）与目标分子碰撞，降低分子的平动能，从而冷却分子。通过设计缓冲气体腔、改变目标分子与缓冲气体的混合比和流量，能够有效控制分子束流的密度和温度等参数，得到最优的分子密度和较低的速度。蒙特卡洛模拟是理想的模拟分子束的方法，是分子束制备必不可少的环节。我们计划利用DSMC软件模拟和优化实验条件和参数，为获得高密度低平动能分子束提供关键信息。
Fig.1 分子束速度模拟
2. 中红外激光的频率控制（实验型）
要求：具有《物理化学》或《热学》、《光学》基础，光电实验训练
中红外辐射通常定义为波长处于2.5-25 μm的电磁波，可用于检测、鉴定和成像分子，具有广泛的应用。中红外激光领域充满了机遇，高精度的中红外激光是测量分子红外光谱的关键，也是目前国内“卡脖子”技术之一。中红外激光的频率控制技术是发展高精度中红外光谱的关键技术之一，我们计划利用负反馈方法，将实验室自主研制的中红外激光控制在中红外光学参考上，从而获得线宽窄、频率稳定的中红外光源。该技术将被用于分子的振动基频光谱测量，并应用于大气碳排放检测项目中。
3. 气体压力（密度）计量（实验型）
要求：具有《光学》基础
诺贝尔物理奖得主John. Hall说，计量学是科学之母。“两弹一星元勋”王大珩曾经说过，计量学是提高物理量量化精确度的科学，是物理的基础和前沿。测量技术水平关乎社会稳定和国际地位，公元前210年秦始皇统一“度量衡”，为中华民族千余年的繁荣稳定与世界强国地位奠定基础，工业革命以来，欧美等国发展并引领计量基准和测量技术，牢牢把控经贸、科技等社会活动的国际“话语权”，发展中国家受其影响巨大，当前我国在高精度的计量基准和测量技术上受制于人，已成为各行各业自主创新中的“卡脖子”问题。
目前，国际计量体系处于历史性大变革时期，即由基于经典物理的实物标准向“量子标准”发展变革。量子标准是利用量子现象来复现计量单位，测量即基准，发展高精密量子测量方法是未来计量学的发展方向。
Fig.2 量子计量的科学意义
气压是一个十分常用的单位。目前国际上仍采用水银压力计和活塞压力计作为气压（真空）量值复现及量传的基准，近些年，基于光学方法的真空计量方法是真空计量由实物标准向量子标准发展的标志。本课题组利用法布里-珀罗腔（Fabry-Perot Cavity）实现对气体折射率的精密测量，并反演得出气体密度，搭建了国内首台用于测量气体压力的实验装置，其中关键技术包括：激光频率精密锁定，腔体温度高精密控制，激光频率精密测量等等。利用该方法有望将气体压力测量精度测量至ppm水平，取代现有压力基准成为新一代气体压力测量基准方法。
4. 腔增强拉曼光谱方法检测痕量气体（实验型）
要求：具有《光学》、《原子物理》基础
痕量气体测量技术在工业、环境等领域被广泛使用。能否实现快速、原位、高灵敏的多种分子的检测，是衡量一个检测技术适用性的关键。拉曼光谱是一种广范应用的气体测量技术，能实现几乎所有的分子（除单原子分子外）的测量。它可基于单一激光光源，实现多种气体的同时快速测量，但其灵敏度主要受限于激发光强。腔增强拉曼光谱方法是通过将激光耦合到由高反射率镜子组成的光学谐振腔中，使得光腔内部的激光功率得到上成千万倍的提高，从而有望实现灵敏度达ppm水平的多种气体实时测量，具有极大的应用前景。
5. 氦原子精密谱测量（实验型）
要求：具有《光学》、《原子物理》基础
氦原子精密谱测量旨在通过先进的前沿原子束流技术、激光器频率控制技术、光谱测量技术，获得氦原子体系光谱的精密测量。通过实验的测量和理论结果的比对，检验量子电动力学理论，探索可能的标准模型的边界。本课题组在中国科学技术大学搭建了一套氦原子束精密光谱测量装置。目前对氦-4原子（23PJ）精细结构能级分裂的测量精度达到亚千赫兹的国际最优水平。目前，项目组正在开展氦原子2S-2P能级跃迁频率测量的工作。通过参与这一项目，学生将学习到原子分子光学物理中常用的技术手段（包括激光频率控制技术，精密温度控制技术，激光功率稳定技术，自动化采集技术，工程图纸绘制技术等），为未来参与到尖端精密测量实验打下扎实的实验基础。